美国能源部为了找到不依赖钴的其他锂离子电池解决方案(DOE)

电动悟空摘录 钴目前需要用于电动汽车的电池。这种金属储量有限，成本高。据外国媒体报道，美国能源部为了找到不依赖钴的其他锂离子电池解决方案（DOE）为了确定潜在的电池正极新材料，阿贡国家实验室的研究人员参与了一项合作研究。

(图片来源:阿贡实验室)

这种新型正极不含钴，稳定，反复充放电时不会出现裂纹等问题。

钴作为电池的一部分，具有热稳定性，即使加热到更高的温度，也能正常工作，并提供结构稳定性。研究人员一直在寻找具有相同优势而无钴缺陷的不同材料。

在这项新研究中，加州大学欧文分校（University of California, Irvine）负责任的研究团队制造并分析了一种富含镍的锂离子正极材料。此外，这种正极的化学成分复杂，含有少量其他金属（包括钼、铌和钛）。

该团队使用了先进的光子源（APS）的资源，APS是美国能源部阿贡国家实验室的科学办公用户设施。阿贡物理学家Wenqian Xu说：“你可以想象用不同种类的砖建造正极。使用不同形状和尺寸的砖可以提高房子的稳定性。使用各种元素有助于确保正极颗粒的完整性。”

研究人员希望研究这种新型正极的结构和热稳定性。其他富镍正极的耐热性通常较差，可能导致电池材料氧化、热失控，甚至爆炸。此外，高镍正极可容纳更大的容量，但由于反复扩张和收缩，体积变化很大，可能存在稳定性和安全问题。 

为了测试新电池，研究人员已经循环了1000多次。在此过程中，正极材料的体积膨胀不到0.5%，约为富镍正极的十分之一。以前的富镍正极存在不同程度的稳定性问题。阿贡物理学家Tianyi Li“保持正体积的一致性是确保其稳定性的关键。”

这种新型的正极材料被称为HE-LMNO。为了表示其耐热性，加州大学欧文分校的研究人员使用APS光束11-ID-C，检查材料在高温下会发生什么。以前的高镍正极在高温下会出现严重的纳米裂纹。与之不同，LHE-LMNO相变后，能够继续运行并保持容量。HE-LMNOHE代表高熵(指合金中含有大量不同元素)。

欧文分校来自加州大学Huolin Xin“研究结果表明，高熵效应可以转移到更广泛类别的化合物上，这是构成新电池材料的基础。”

本研究提出的新电池正极设计方法有助于减少下一代锂离子电池对钴的依赖。Xu“研究人员还没有找到新的电池。通过在结构中混合不同的过渡金属，可以看到更多有趣的正极选项电池。”

研究人员使用阿贡的电池分析、建模和原型来制造实验所需的电极（CAMP）设施。阿贡电池研究人员Steve Trask“该方法提供基准电极，并使用试点规模设备验证有前途的化学物质，对评估先进材料具有重要意义。”