開發(fā)高性能無鈷高鎳鋰電池正極材料是實現(xiàn)鋰離子電池能量密度提升的關鍵。然而，高鎳正極材料在循環(huán)過程中常面臨晶體結構退化和表面副反應活性過高等問題，嚴重制約了其商業(yè)化應用。針對這一挑戰(zhàn)，研究團隊通過聯(lián)合運用多種先進表征手段，首次系統(tǒng)揭示了鋰占位對高鎳正極材料電化學性能的影響機制，并設計出兩種具有高循環(huán)穩(wěn)定性的正極材料。
圖1 無鈷高鎳正極材料的鋰占位調控策略
北京大學深圳研究生院新材料學院潘鋒教授與德國卡爾斯魯厄理工學院Helmut Ehrenberg教授和Sylvio Indris研究員研究團隊合作采用多種鋰敏感表征技術，包括中子衍射和鋰同位素固態(tài)核磁共振等，深入分析了高鎳正極材料中不同鋰位的占據(jù)情況及其相關結構組分。研究發(fā)現(xiàn)，通過引入高價態(tài)摻雜元素（如Mo6+、Nb5+和W6+）并調整合成過程中的鋰鹽用量，可以有效調控材料中不同含鋰結構組分的比例，進而優(yōu)化材料的電化學性能。研究結果顯示，隨著材料中鋰含量的增加，材料中鋰/鎳交換缺陷逐漸減少，而富鋰結構單元（如LiaXOb和Li/Mn/X(Ni)有序相，X=Mo, Ni, W）逐漸增加。這兩種結構單元通過抑制鋰/鎳交換和引入額外氧的氧化還原機制，顯著提高了高鎳正極材料的循環(huán)穩(wěn)定性。該研究成果不僅為深入理解高鎳正極材料的鋰占位機制提供了新的視角，也為開發(fā)高性能無鈷高鎳正極材料提供了重要的理論指導。相關研究成果以“Tuning Li occupancy and local structures for advanced Co-free Ni-rich positive electrodes”為題，發(fā)表于國際知名期刊《Nature Communications》（自然通訊）（DOI: 10.1038/s41467-025-57063-7）。
該工作在北京大學深圳研究生院新材料學院潘鋒教授、德國卡爾斯魯厄理工學院Helmut Ehrenberg教授和Sylvio Indris研究員的共同指導下完成，新材料學院中德交流博士后李航為文章的第一作者。本研究獲得深圳市發(fā)展和改革委員會材料基因組大科學設施平臺重大科技基礎設施項目、廣東省基礎與應用基礎研究基金、廣東省軟科學研究項目、電動汽車動力電池與材料國際聯(lián)合研究中心，以及深圳市科技研發(fā)資助項目的支持。
原文鏈接: https://www.nature.com/articles/s41467-025-57063-7
