新能源汽车充电技术前沿(无钴正极电池应用将极大提升电池寿命)

电动悟空摘录 如今，电动汽车销量激增，对钴金属的需求也随之增加。据外媒报道，韩国汉阳大学（Hanyang University）美国太平洋西北国家实验室（Pacific Northwest National Laboratory）研究人员证实，在不使用钴的情况下制造高性能层状正极可能有助于开发更可持续、更低成本的锂离子电池解决方案。

到目前为止，从锂离子电池的层状正极中去除钴是非常具有挑战性的。因为使用少量钴可以显著提高正极的结构稳定性。同时，它可以加速锂离子插入动力学，提高电池的性能。为了解决这个问题，研究人员一直在讨论Li(NixMn1-x)O正极由2制成。

以往的研究表明，Li(Ni0.5Mn0.5)O2无钴正极具有循环稳定性，但不能为电动汽车提供足够的容量。研究人员试图增加它Li(Ni0.5Mn0.5)O2正极中的镍含量可以提高容量，但没有明显的效果。锂很难从主体结构中提取，因为没有钴。

研究人员将正极工作电压从4开始.3 V提高到4.4 V，以从Li(Ni0.9Mn0.1)O在2中提取更多的锂，同时提高电池在最高工作电压下的能量密度和功率密度。在4中提取锂离子电池.4V(最高工作电压)保持稳定，需要重新设计电池的正极微结构和电解质。

研究人员Chong S. Yoon教授说：加入高氧化态（Mo、W、Sb、Ta等）的掺杂剂，可以细化初级粒径并稳定脱锂主体结构。研究人员采用启发式方法确定掺杂1 mol% Mo的(Ni0.9Mn0.1)O正极可获得最佳性能。此外，氟代碳酸乙烯酯可以添加到常规电解质中.4 V下强化电解质，保护正极表面免受电解质侵蚀。1 mol% Mo—Li(Ni0.9Mn0.1)O循环1000次，可保留86%的初始容量，满足所需电池寿命。”

对于在4.4 V下运行的1 mol% Mo—Li(Ni0.9Mn0.1)O2正极的主要问题是容量随着时间的推移而下降（所有基于富镍层状正极的可充电电池都存在）。为了保证电池寿命，为设备提供合理的时间功率，首先必须解决容量衰减的问题。

Yoon表示：“在4.4V下，1 mol% Mo—Li(Ni0.9Mn0.1)O2.具有优异的循环稳定性。这主要是由于粒度细化和阳离子有序化。氢氧化物前体可通过高温热处理转化为Li(Ni0.9Mn0.1)O2。在高温热处理过程中，Mo6 离子往往沿粒子间边界分离，抑制晶粒生长。这种超细结构正极中的晶界通过偏转电荷端附近晶格突然收缩而增加断裂韧性。”

这种正极晶体边界可以作为锂离子快速扩散的一种方式。由于消除了其组成造成的局部不均匀性，可以抑制晶体内的断裂。Mo6 ，该团队以特定的方式在正极中排列阳离子(即混合)Li和Ni离子)。这种独特的设计稳定了正极结构，即使是由于锂离子提取不均匀，正极也是最脆弱的。

Yoon研究表明，高性能无钴层状正极的发展并非难以实现的目标。此次提出的1 mol% Mo—Li(Ni0.9Mn0.1)O2正极可以在高压下运行，这是一种具有经济效益的解决方案，可以通过目前的制造技术来实现。此外，通过阐明钴在从主体结构中提取锂离子过程中的内在作用，为选择三级掺杂元素提供了材料设计标准，以确保无钴层状正极的结构和机械耐久性。”

为了提高富镍层状正极的整体性能，本研究提出的正极设计和构成可以指导未来的研究工作。此外，这项工作可以为开发高性能无钴电池技术铺平道路，从而提高可持续性和成本效益。Yoon对于续航里程长、安全性高的高性能电动汽车，下一代锂离子电池很可能是富镍无钴正极的全固态电池（ASSB）。目前，研究人员正在讨论无钴正极的应用ASSB的可能性。”