中國粉體網(wǎng)訊  隨著電動汽車的發(fā)展,，對于長續(xù)航動力鋰電池的需求日益增加,。富鋰錳基鋰電池正極材料因其高比容量、高工作電壓,、熱穩(wěn)定性好,、低成本等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注，是具有潛力的動力型正極材料,，然而,，其本身在循環(huán)中首效低、循環(huán)性能和倍率性能差,、電壓衰降嚴(yán)重,、無相匹配的高壓電解液等缺點(diǎn)，阻礙其進(jìn)一步商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展,。中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所研究員武建飛帶領(lǐng)的先進(jìn)儲能材料與技術(shù)研究組,，針對富鋰錳基正極材料的發(fā)展瓶頸，開發(fā)出多項(xiàng)改性策略和關(guān)鍵技術(shù),，取得相關(guān)研究成果,，為解決富鋰錳基正極材料產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展難題奠定研究基礎(chǔ)。

作為動力電池正極材料中的重要元素之一,，鈷起到穩(wěn)定材料結(jié)構(gòu)和提高循環(huán),、倍率性能的重要作用。然而,，鈷作為不可再生金屬,，資源量稀缺，有限的鈷資源無法支撐新能源汽車無限的發(fā)展空間,。此外,，鈷對正極材料本身的成本影響也很大。由于鈷需求的增加,，鈷的價格持續(xù)增長,，對電池行業(yè)的低成本提出挑戰(zhàn)。鈷的稀缺和高價格將逐漸限制電動汽車市場的未來,，如果將電池中的鈷成分降低甚至取消,，電動車將會更具性價比。因此,，開發(fā)鈷含量較低的正極材料至關(guān)重要,，低鈷甚至無鈷逐漸成為電池發(fā)展的趨勢，無鈷電池正是基于這一現(xiàn)實(shí)情況而誕生,，因而業(yè)界在無鈷電池上的做出多方面努力,。正極材料中去鈷或少鈷，面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)之一是如何解決鋰鎳混排以及金屬溶出的問題，否則正極材料的穩(wěn)定性,、循環(huán)性能,、倍率性均較差。普遍的“無鈷”概念是將正極材料中的鈷含量降低,，用摻雜包覆其他元素的方法來“補(bǔ)償”,，從而保證正極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

近日,，武建飛研究組在富鋰正極材料的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)無鈷化,，開發(fā)出高性能無鈷富鋰錳基正極電池體系，這降低正極材料的成本,，進(jìn)一步提升富鋰正極材料的電化學(xué)性能,。該無鈷富鋰錳基正極材料的首次放電比容量達(dá)到250 mAh·g-1（圖A）的同時，去鈷后的富鋰正極材料反而其循環(huán)壽命得到提升,，在0.5C倍率下經(jīng)過300次充放電循環(huán)后仍有96%的高容量保持率（普通富鋰正極材料只有50%,，圖B）。此外,，倍率性能也獲得改善且回復(fù)率高（圖C）,。該無鈷富鋰錳基體系對抑制循環(huán)過程中的電壓衰降表現(xiàn)出色，經(jīng)過100圈循環(huán)后幾乎沒有明顯的電壓衰降（圖F）,；即使經(jīng)過大電流的長循環(huán),，正極材料的結(jié)構(gòu)也能保持很好的穩(wěn)定性（圖L）。同時,，該體系使用比普通體系更低濃度的鋰鹽電解液（＜1M-LiPF6）,，在提升無鈷富鋰材料的電化學(xué)性能的同時進(jìn)一步降低電池體系的成本。

無鈷富鋰錳基正極材料體系的開發(fā),，實(shí)現(xiàn)真正意義上的正極材料無鈷化,，降低了正極材料的成本，提高富鋰錳基正極材料的循環(huán)穩(wěn)定性,，抑制循環(huán)過程中的電壓平臺衰降,，這將更凸顯富鋰正極材料在與其他正極材料中的競爭優(yōu)勢。對于電池行業(yè)而言,，這可以使鋰電池成本降低,、壽命提升，提升電動汽車的續(xù)航里程,，并為長續(xù)航動力鋰電池提供關(guān)鍵的材料解決方案,。該體系的開發(fā)將豐富無鈷電池市場，進(jìn)一步推動無鈷電池發(fā)展,，并有望實(shí)現(xiàn)無鈷富鋰錳基鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,，具有重要的商業(yè)化前途和應(yīng)用價值（專利CN202011120181.3）,。

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/Betty）

注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知刪除