在新能源電池研究前沿，新型高鎳正極材料的開發及規模化制備顯得尤為迫切。記者4月10日從云南大學材料與能源學院獲悉，該院郭洪教授團隊設計并制備出一種新型高鎳三元正極材料，有望用于鋰離子電池等多個領域。國際期刊《德國應用化學》發表了相關研究成果。

 

       由于具有較高的放電比容量、較好的循環及熱穩定性，新型高鎳三元正極材料的研發備受關注。“目前這類商業化的產品主要集中在鎳鈷錳酸鋰和鎳鈷鋁酸鋰，然而傳統高鎳三元正極材料循環穩定性、空氣穩定性及熱穩定性較差，嚴重阻礙了產業化進程。”郭洪介紹，最新研究表明，高價態元素摻雜形成的新型高鎳正極材料，不但能很好地優化一次晶粒的形貌，還能構建結構穩定且不影響鋰離子輸運的超晶格層，進而很好地消除二次顆粒在充放電過程中形成的微應力，優化鋰離子的遷移路徑，有效提高正極材料在充放電循環及熱失控過程中的結構穩定性。

 

       為此，郭洪團隊對材料的微觀結構進行了精確可控設計，并結合理論計算，深入研究了不同元素摻雜能壘以及它們之間的競爭摻雜化學機制，分析了表面鋰離子導體包覆層與基體之間的匹配度及相互作用機制。隨后，他們組裝了以石墨為負極、新型高鎳三元正極材料為正極的液態全電池，并對材料循環穩定性作了系統評估。

 

       結果表明，研究團隊成功制備出亞表面具有超晶格、體相摻雜鈦、表面包覆鋰離子導體的鎳鈷鉬酸鋰高鎳（鎳含量高于90%）正極材料。其獨特的結構特征，能從多個方面提高正極材料長循環穩定性，其中納米級包覆層能抑制電解質與正極材料之間的副反應，超晶格結構能有效穩定脫鋰態層狀結構，從而抑制表面結構從層狀到巖鹽相的重構；鈦摻雜能增大鋰—氧層的層間距，提高電子電導率。

 

       “這一創新合成策略，也適用于其他新型高鎳正極材料的開發，為制備成本更低、循環穩定性更好、能量密度更高的下一代鋰離子電池提供新途徑。”郭洪說。