中國粉體網訊 隨著電動汽車的發展，對于長續航動力鋰電池的需求日益增加。富鋰錳基鋰電池正極材料因其高比容量、高工作電壓、熱穩定性好、低成本等優點備受關注，是具有潛力的動力型正極材料，然而，其本身在循環中首效低、循環性能和倍率性能差、電壓衰降嚴重、無相匹配的高壓電解液等缺點，阻礙其進一步商業化和產業化的發展。中國科學院青島生物能源與過程研究所研究員武建飛帶領的先進儲能材料與技術研究組，針對富鋰錳基正極材料的發展瓶頸，開發出多項改性策略和關鍵技術，取得相關研究成果，為解決富鋰錳基正極材料產業化的發展難題奠定研究基礎。
作為動力電池正極材料中的重要元素之一，鈷起到穩定材料結構和提高循環、倍率性能的重要作用。然而，鈷作為不可再生金屬，資源量稀缺，有限的鈷資源無法支撐新能源汽車無限的發展空間。此外，鈷對正極材料本身的成本影響也很大。由于鈷需求的增加，鈷的價格持續增長，對電池行業的低成本提出挑戰。鈷的稀缺和高價格將逐漸限制電動汽車市場的未來，如果將電池中的鈷成分降低甚至取消，電動車將會更具性價比。因此，開發鈷含量較低的正極材料至關重要，低鈷甚至無鈷逐漸成為電池發展的趨勢，無鈷電池正是基于這一現實情況而誕生，因而業界在無鈷電池上的做出多方面努力。正極材料中去鈷或少鈷，面臨的技術挑戰之一是如何解決鋰鎳混排以及金屬溶出的問題，否則正極材料的穩定性、循環性能、倍率性均較差。普遍的“無鈷”概念是將正極材料中的鈷含量降低，用摻雜包覆其他元素的方法來“補償”，從而保證正極材料的結構穩定性。
近日，武建飛研究組在富鋰正極材料的基礎上實現無鈷化，開發出高性能無鈷富鋰錳基正極電池體系，這降低正極材料的成本，進一步提升富鋰正極材料的電化學性能。該無鈷富鋰錳基正極材料的首次放電比容量達到250 mAh·g-1（圖A）的同時，去鈷后的富鋰正極材料反而其循環壽命得到提升，在0.5C倍率下經過300次充放電循環后仍有96%的高容量保持率（普通富鋰正極材料只有50%，圖B）。此外，倍率性能也獲得改善且回復率高（圖C）。該無鈷富鋰錳基體系對抑制循環過程中的電壓衰降表現出色，經過100圈循環后幾乎沒有明顯的電壓衰降（圖F）；即使經過大電流的長循環，正極材料的結構也能保持很好的穩定性（圖L）。同時，該體系使用比普通體系更低濃度的鋰鹽電解液（＜1M-LiPF6），在提升無鈷富鋰材料的電化學性能的同時進一步降低電池體系的成本。
無鈷富鋰錳基正極材料體系的開發，實現真正意義上的正極材料無鈷化，降低了正極材料的成本，提高富鋰錳基正極材料的循環穩定性，抑制循環過程中的電壓平臺衰降，這將更凸顯富鋰正極材料在與其他正極材料中的競爭優勢。對于電池行業而言，這可以使鋰電池成本降低、壽命提升，提升電動汽車的續航里程，并為長續航動力鋰電池提供關鍵的材料解決方案。該體系的開發將豐富無鈷電池市場，進一步推動無鈷電池發展，并有望實現無鈷富鋰錳基鋰離子電池的產業化應用，具有重要的商業化前途和應用價值（專利CN202011120181.3）。
（中國粉體網編輯整理/Betty）
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