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在新能源電池研究前沿，新型高鎳正極材料的開(kāi)發(fā)及規(guī)模化制備顯得尤為迫切。記者10日從云南大學(xué)材料與能源學(xué)院獲悉，近期該院郭洪教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制備出一種新型高鎳三元正極材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。國(guó)際期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》發(fā)表了相關(guān)研究成果。

由于具有較高的放電比容量、較好的循環(huán)及熱穩(wěn)定性，新型高鎳三元正極材料的研發(fā)備受關(guān)注。“目前這類商業(yè)化的產(chǎn)品主要集中在鎳鈷錳酸鋰和鎳鈷鋁酸鋰，然而傳統(tǒng)高鎳三元正極材料循環(huán)穩(wěn)定性、空氣穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性較差，嚴(yán)重阻礙了產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。”郭洪介紹，最新研究表明，高價(jià)態(tài)元素?fù)诫s形成的新型高鎳正極材料，不但能很好地優(yōu)化一次晶粒的形貌，還能構(gòu)建結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且不影響鋰離子輸運(yùn)的超晶格層，進(jìn)而很好地消除二次顆粒在充放電過(guò)程中于內(nèi)部形成的微應(yīng)力，優(yōu)化鋰離子的遷移路徑，有效提高正極材料在充放電循環(huán)及熱失控過(guò)程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

研究示意圖。云南大學(xué)材料與能源學(xué)院供圖

為此，郭洪教授團(tuán)隊(duì)對(duì)材料的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確可控設(shè)計(jì)，并結(jié)合理論計(jì)算的方式，深入研究了不同元素?fù)诫s能壘以及它們之間的競(jìng)爭(zhēng)摻雜化學(xué)機(jī)制;采用密度泛函理論，計(jì)算分析表面鋰離子導(dǎo)體包覆層與基體之間的匹配度及相互作用機(jī)制。隨后組裝了以石墨為負(fù)極、新型高鎳三元正極材料為正極的液態(tài)全電池，并對(duì)材料循環(huán)穩(wěn)定性作了系統(tǒng)評(píng)估。

結(jié)果表明，研究團(tuán)隊(duì)成功制備出亞表面具有超晶格、體相摻雜鈦、表面包覆鋰離子導(dǎo)體的鎳鈷鉬酸鋰高鎳(鎳含量高于90%)正極材料。其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征，在實(shí)現(xiàn)正極材料長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性方面具有多種功能，其中納米級(jí)包覆層抑制電解質(zhì)與正極材料之間的副反應(yīng)，抑制表面結(jié)構(gòu)從層狀到巖鹽相的重構(gòu);鈦摻雜增大鋰-氧層的層間距，增強(qiáng)金屬-氧鍵，提高電子電導(dǎo)率;超晶格結(jié)構(gòu)有效穩(wěn)定脫鋰態(tài)層狀結(jié)構(gòu)，抑制表面結(jié)構(gòu)從層狀到巖鹽相的重構(gòu)。

“這一創(chuàng)新合成策略，也適用于其他新型高鎳正極材料的開(kāi)發(fā)，為制備成本更低、循環(huán)穩(wěn)定性更好、能量密度更高的下一代鋰離子電池提供了新途徑。”郭洪說(shuō)。

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