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在新能源電池研究前沿，新型高鎳正極材料的開發(fā)及規(guī)模化制備顯得尤為迫切。記者10日從云南大學材料與能源學院獲悉，近期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，具有廣闊的應用前景。國際期刊《德國應用化學》發(fā)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(huán)及熱穩(wěn)定性，新型高鎳三元正極材料的研發(fā)備受關注。“目前這類商業(yè)化的產品主要集中在鎳鈷錳酸鋰和鎳鈷鋁酸鋰，然而傳統(tǒng)高鎳三元正極材料循環(huán)穩(wěn)定性、空氣穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性較差，嚴重阻礙了產業(yè)化進程。”郭洪介紹，最新研究表明，高價態(tài)元素摻雜形成的新型高鎳正極材料，不但能很好地優(yōu)化一次晶粒的形貌，還能構建結構穩(wěn)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于內部形成的微應力，優(yōu)化鋰離子的遷移路徑，有效提高正極材料在充放電循環(huán)及熱失控過程中的結構穩(wěn)定性。

研究示意圖。云南大學材料與能源學院供圖

為此，郭洪教授團隊對材料的微觀結構進行精確可控設計，并結合理論計算的方式，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;采用密度泛函理論，計算分析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(tài)全電池，并對材料循環(huán)穩(wěn)定性作了系統(tǒng)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，在實現(xiàn)正極材料長循環(huán)穩(wěn)定性方面具有多種功能，其中納米級包覆層抑制電解質與正極材料之間的副反應，抑制表面結構從層狀到巖鹽相的重構;鈦摻雜增大鋰-氧層的層間距，增強金屬-氧鍵，提高電子電導率;超晶格結構有效穩(wěn)定脫鋰態(tài)層狀結構，抑制表面結構從層狀到巖鹽相的重構。

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

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