現(xiàn)在，電動(dòng)汽車的銷量激增，對(duì)鈷金屬的需求也增加了據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，來自韓國(guó)漢陽大學(xué)和美國(guó)太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員證實(shí)，制造不含鈷的高性能層狀陰極將有助于開發(fā)更可持續(xù)和低成本的鋰離子電池解決方案

到目前為止，從鋰離子電池的層狀正極中去除鈷是非常具有挑戰(zhàn)性的由于使用了少量的鈷，可以顯著提高正極的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性同時(shí)可以加速鋰離子的嵌入動(dòng)力學(xué)，提高電池的性能為了解決這個(gè)問題，研究人員一直在探索由LiO2 _ 2制成的正極

以往的研究表明，LiO2無鈷正極具有循環(huán)穩(wěn)定性，但不能為電動(dòng)汽車提供足夠的容量研究人員試圖通過增加LiO2陰極中的鎳含量來提高容量，但沒有取得明顯的效果因?yàn)闆]有鈷很難從主體結(jié)構(gòu)中提取鋰

在這項(xiàng)研究中，研究人員將正極的工作電壓從4.3 V提高到4.4 V，以從LiO2中提取更多的鋰，同時(shí)提高電池在最高工作電壓下的能量密度和功率密度為了使鋰離子電池穩(wěn)定在4.4V，需要重新設(shè)計(jì)電池的正極微結(jié)構(gòu)和電解液

研究人員Chong S. Yoon教授說:添加高氧化態(tài)的摻雜劑可以細(xì)化一次粒徑，穩(wěn)定脫鋰主體結(jié)構(gòu)研究人員使用啟發(fā)式方法確定摻雜1 mol% Mo的O2陰極可以獲得最佳性能此外，在常規(guī)電解質(zhì)中加入氟代碳酸乙烯酯可以在4.4 V下強(qiáng)化電解質(zhì)，并保護(hù)正電極表面免受電解質(zhì)侵蝕1 mol% Mo—LiO2循環(huán)1000次可保留86%的初始容量，滿足所需的電池壽命

對(duì)于在4.4 V下工作的1mol % Mo—lio 2陰極，主要問題是容量隨時(shí)間降低為了保證電池壽命，為設(shè)備提供合理的電力，必須首先解決容量衰減的問題

Yoon說:在4.4V時(shí)，1mol%的mo—LiO2具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性在很大程度上，這是由于粒徑細(xì)化和陽離子有序化通過高溫?zé)崽幚?，氫氧化物前體可以轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)iO2可是，在高溫?zé)崽幚磉^程中，Mo6+離子傾向于沿著顆粒之間的邊界分離并抑制晶粒生長(zhǎng)這種超細(xì)結(jié)構(gòu)的陽極中的晶界通過偏轉(zhuǎn)電荷端附近晶格突然收縮引起的裂紋來增加斷裂韌性

正極中的這種晶界可以作為鋰離子快速擴(kuò)散的途徑因?yàn)橄擞捎谄浣M成引起的局部不均勻性，所以可以抑制晶內(nèi)斷裂通過添加Mo6+，研究小組以特定的方式在正極中排列陽離子這種獨(dú)特的設(shè)計(jì)穩(wěn)定了陰極結(jié)構(gòu)，即使當(dāng)陰極由于鋰離子的不均勻提取而最脆弱時(shí)也是如此

Yoon說:研究表明，開發(fā)高性能的無鈷層狀正極并非高不可攀的目標(biāo)提出的1mol % Mo—lio 2陰極可以在高壓下工作，這是一種經(jīng)濟(jì)的解決方案，并且可以通過當(dāng)前的制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)此外，通過闡明鈷在從主體結(jié)構(gòu)中提取鋰離子過程中的本征作用，這項(xiàng)工作為選擇第三摻雜元素提供了材料設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，以確保無鈷層狀陰極的結(jié)構(gòu)和機(jī)械耐久性

本研究提出的正極設(shè)計(jì)和組成可以指導(dǎo)今后的研究工作，提高富鎳層狀正極的整體性能此外，這項(xiàng)工作可能為開發(fā)高性能無鈷電池技術(shù)鋪平道路，從而提高可持續(xù)性和成本效益Yoon說:對(duì)于續(xù)航里程長(zhǎng)，安全性更高的高性能電動(dòng)汽車，下一代鋰離子電池很可能是全固態(tài)電池，采用富鎳無鈷正極目前，研究人員正在探索將擬議中的無鈷陰極應(yīng)用于ASSB的可能性

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