【研究背景】
高能量密度鋰離子電池(LIBs)在推動高性能電動汽車發展中扮演著關鍵角色。目前，三元高鎳LiNi1-yMnxCoyO2是高能量密度LIBs中最廣泛應用的正極材料。在三元高鎳(Ni)材料中，鈷(Co)資源非常稀缺。全球可回收的鈷儲量僅為15.9 Mt，根據目前每年14萬噸的鈷供應量，鈷資源僅夠開采113年。由于其稀缺性，鈷的價格從2019年的每噸26000美元上漲到2023年的每噸34000美元，導致高能量密度LIBs價格上漲。因此，擺脫對鈷的依賴，開發高性能零鈷、高鎳正極材料已成為高能量密度LIBs可持續發展的緊迫問題。雖然已經開發了用于LIBs的零鈷、高鎳正極材料(LNM)，但它們仍然受到電化學性能不足的困擾。一方面，由于高鎳正極材料在充放電過程中沿a軸和c軸方向的不均勻收縮和膨脹引起的體積變化，容易導致晶間和晶內裂紋的形成，從而造成循環性能差。另一方面，鈷是高鎳正極材料中穩定結構和增強電導率最關鍵的元素。在沒有鈷的情況下，鋰/鎳陽離子混合加劇，鋰離子擴散減弱，導致不利的倍率性能。為了提高LNM的電化學性能，通常采用在容量和穩定性之間權衡的方法。在各種方法中，元素摻雜被認為是抑制鋰/鎳陽離子混合和抑制微裂紋的最成功方法之一，但單一摻雜的LNM仍然顯示出令人不滿意的循環穩定性，因為單一替代不能顯著加強過渡金屬-O之間的相互作用，因此它們仍然容易斷裂并破壞結構。當前LNM面臨的重大挑戰是在不犧牲高容量的情況下，通過抑制結構退化、增強鋰離子擴散和減少體積變化來打破權衡。
【工作介紹】
近日，清華大學徐盛明、中南大學楊越團隊將高熵策略應用于LNM以增強結構強度和改善鋰離子擴散動力學。高熵(HE)策略是一種特殊的摻雜方法，通常通過引入三種以上的原子來替代原始原子。它用于增強合金材料的結構強度和固體電解質的導電性。它可以通過調節晶體內部的構型熵和形成材料內部復雜的化學鍵網絡，極大地增強過渡金屬-O之間的相互作用。在本研究中，六種元素(Ni、Mn、Al、Mg、Nb和Mo)共享過渡金屬位點。Ni被用于提高可逆容量和電荷補償，Mn因其豐富性而作為結構形成者，Al和Mg用于在鋰離子脫嵌過程中提高結構穩定性，Nb和Mo被用于提高平均電壓。其他摻雜元素的具體含量在保證Ni含量大于90%和控制pH等于11的條件下，在共沉淀過程中自
聲明：
“高熵摻雜實現性能卓越的無鈷高鎳層狀正極材料” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業用途，請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發明人(作者)
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編輯：中冶有色網
來源：清華大學徐盛明、中南大學楊越團隊
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2025年07月16日 ~ 18日 
