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科学家研制出新型高镍三元正极材料

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在新能源电池研究前沿，新型高镍正极材料的开发及规模化制备显得尤为迫切。记者10日从云南大学材料与能源学院获悉，该院郭洪教授团队设计并制备出一种新型高镍三元正极材料，有望用于锂离子电池等多个领域。国际期刊《德国应用化学》发表了相关研究成果。

　　由于具有较高的放电比容量、较好的循环及热稳定性，新型高镍三元正极材料的研发备受关注。“目前这类商业化的产品主要集中在镍钴锰酸锂和镍钴铝酸锂，然而传统高镍三元正极材料循环稳定性、空气稳定性及热稳定性较差，严重阻碍了产业化进程。”郭洪介绍，最新研究表明，高价态元素掺杂形成的新型高镍正极材料，不但能很好地优化一次晶粒的形貌，还能构建结构稳定且不影响锂离子输运的超晶格层，进而很好地消除二次颗粒在充放电过程中形成的微应力，优化锂离子的迁移路径，有效提高正极材料在充放电循环及热失控过程中的结构稳定性。

　　为此，郭洪团队对材料的微观结构进行了精确可控设计，并结合理论计算，深入研究了不同元素掺杂能垒以及它们之间的竞争掺杂化学机制，分析了表面锂离子导体包覆层与基体之间的匹配度及相互作用机制。随后，他们组装了以石墨为负极、新型高镍三元正极材料为正极的液态全电池，并对材料循环稳定性作了系统评估。

　　结果表明，研究团队成功制备出亚表面具有超晶格、体相掺杂钛、表面包覆锂离子导体的镍钴钼酸锂高镍（镍含量高于90%）正极材料。其独特的结构特征，能从多个方面提高正极材料长循环稳定性，其中纳米级包覆层能抑制电解质与正极材料之间的副反应，超晶格结构能有效稳定脱锂态层状结构，从而抑制表面结构从层状到岩盐相的重构；钛掺杂能增大锂—氧层的层间距，提高电子电导率。

　　“这一创新合成策略，也适用于其他新型高镍正极材料的开发，为制备成本更低、循环稳定性更好、能量密度更高的下一代锂离子电池提供新途径。”郭洪说