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离无钴电池又近一步:北大深研院团队在锂电池无钴层状正极材料取得重大进展

olivia chan

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钴,作为制造锂电池等新型电池必要的金属原料,被广泛应用于电动车、3C消费电子产品、航空精密设备等领域,是用于新能源汽车三元锂电池的正极材料。然而,由于钴在的全球分布不均(主要位于刚果),加之钴矿常与镍、铜等矿藏伴生,开采成本较高,产能往往难以释放。

目前,由于钴矿产地的不稳定因素较多,钴矿价格节节攀升,对商业电池生产产生了负面影响。各大企业正争相开发对钴依赖程度较低的阴极材料。 然而,由于对钴的阴极容量和结构稳定性的影响缺乏基本的了解,以及在实践中缺乏有效的替代成分,因此无钴电池迟迟无法实现。当前的发展少钴以及无钴材料仍然主要依赖于具有高能量密度和容量的镍锰钴(NMC)三元层状氧化物正极材料。

日前,北京大学深研院新材料学院潘锋课题组研究了钴在包含富钴和锰取代无钴阴极的专门设计系统中的作用。

研究结果肯定了钴在快速容量和/或结构退化中起着不可否认的作用,并发现钴在高电位下比镍更具破坏性,这为钴的还原提供了意想不到但令人鼓舞的前景。

此外,锰的取代有效地缓解了钴的破坏性作用,实现了高电位功能。有了这些基本的发现,研究团队展示了一系列LiNiαMnβXγO2(X=单掺杂物或多掺杂物),作为无钴阴极的有力候补。

早在去年的5月,我国著名的电池生产公司宁德时代就宣布着手研发无钴电池,当时有业内专家评论在未来三年内无法做到完全去钴。而在今年的1月底,宁德时代公布了其2021版的动力电池技术路线,其中提到的与蔚来合作的“镍55”电池依然含有5%的钴。据称,宁德时代将在2024年左右开始导入无钴电池。

研究成果以论文的形式在线发表于Nature Energy期刊上,题为“Understanding Co roles towards developing Co-free Ni-rich cathodes for rechargeable batteries”(了解钴在开发可充电电池的无钴富镍正极方面的作用)

编译/前瞻经济学人APP资讯组

论文链接:

https://doi.org/10.1038/s41560-021-00776-y


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