韓國的研究人員開發(fā)了一種高容量的陰極材料，無需使用昂貴的鈷（Co）金屬就可以穩(wěn)定地充電和放電數(shù)百個循環(huán)。電動汽車使用鋰離子電池進(jìn)行遠(yuǎn)距離旅行的日子即將到來。

POSTECH材料科學(xué)與工程系的Byoungwoo Kang教授和Lee Junghwa Lee博士成功開發(fā)了一種高能量密度的陰極材料，該材料可以穩(wěn)定地維持500多次充放電循環(huán)，而無需使用昂貴且有毒的Co金屬。該研究團(tuán)隊通過開發(fā)富含鋰的層狀材料的簡單合成工藝來控制局部結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)了這一目標(biāo)，這種材料已成為下一代高容量陰極材料，引起了人們的關(guān)注。這些研究結(jié)果發(fā)表在ACS Energy Letters（美國化學(xué)協(xié)會能源領(lǐng)域的期刊）上。

電動汽車的行駛里程和充放電循環(huán)取決于可再充電鋰離子電池中電極材料的獨(dú)特性能。當(dāng)鋰離子在陰極和陽極之間來回流動時會產(chǎn)生電，在富鋰的層狀材料的情況下，當(dāng)大量鋰被提取并插入時，循環(huán)數(shù)急劇減少。當(dāng)提取大量的鋰并且在高電荷狀態(tài)下發(fā)生氧反應(yīng)時，發(fā)生結(jié)構(gòu)崩潰，使得不能長時間維持充放電特性或高能量密度。

該研究小組此前曾發(fā)現(xiàn)，富鋰層狀材料的過渡金屬層和鋰層之間原子的均勻分布，可能是活化富鋰層狀材料中電化學(xué)反應(yīng)和循環(huán)性能的重要因素。研究小組隨后進(jìn)行了后續(xù)研究，以控制合成條件，增加原子在結(jié)構(gòu)中的分布程度。該團(tuán)隊使用先前發(fā)布的固態(tài)反應(yīng)，開發(fā)了一種新的，簡單而有效的方法，可以生產(chǎn)出具有優(yōu)化原子分布的陰極材料。

在電化學(xué)活性和循環(huán)特性方面，合成的富含鋰的層狀材料具有優(yōu)化的局部結(jié)構(gòu)，使得能夠可逆地使用大量鋰。還證實了氧氧化還原反應(yīng)也穩(wěn)定且可逆地驅(qū)動了數(shù)百個循環(huán)。

在這些優(yōu)化的條件下，即使除去了大量的鋰，也可以維持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，在100個循環(huán)中約95％的容量。另外，通過在500個循環(huán)中保持83％的性能，可以實現(xiàn)突破性的性能，可以在數(shù)百個循環(huán)中保持穩(wěn)定的高能量。

這些研究結(jié)果的重要意義在于，通過相對簡單的工藝更改，循環(huán)性能已成為下一代高容量富鋰多層材料的重要問題之一，而循環(huán)性能已得到顯著改善。
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