新型無鈷鋰離子電池在不降低性能的前提下降低成本

奧斯汀市得克薩斯大學科雷爾工程學院的研究人員表示，他們破解了無鈷高性能離子電池的秘密，不用鈷意味著打開了降低電池生產成本的大門，同時在某些方面電池的性能更好。該小組報告了一種主要由鎳構成的新正極(也就是電池中通常容納所有鈷的電極)。他們研究的正極材料89%是鎳，其他關鍵元素為錳和鋁。電池中的鎳越多，儲存的能量就越多。能量密度越高，則每次充電后手機待機時間越久，電動汽車的行駛里程越長。通常，增加能量密度也有不利的一面，循環壽命(失效之前的充放電次數)會縮短。通常來講，無鈷電池動力學響應遲緩，倍率性能(充電或放電快慢)較差。而研究人員表示，通過尋找最佳的金屬組合，并確保離子分布更加均勻，克服了循環壽命短和倍率較差的問題。

大多數鋰離子電池正極材料采用金屬離子組合，如鎳錳鈷(NMC)或鎳鈷鋁(NCA)。由于鈷是最昂貴的元素，因此正極材料大約占整個電池成本的一半。鈷的價格大約為28 500美元t，比鎳、錳和鋁加在一起還貴，在大多數的鋰離子電池正極成本中，鈷占10%～30%。研究突破的關鍵體現在原子水平。在合成過程中，確保各種金屬離子在正極材料晶體結構中保持均勻分布。一旦離子發生聚集，性能就會下降。對于以前的無鈷、大容量電池而言，這個問題一直沒有解決。只要離子分布均勻，就不會發生這樣的問題。該研究的目標是只用豐富且價格低廉的金屬來取代鈷，同時性能和安全性不下降，而且能利用現有的工業合成工藝直接進行工業化生產。企業對于無鈷的追求更加積極，特斯拉公司的努力有目共睹。由于各種政府機構和私營公司希望減少對鈷的依賴，這種研發工作的競爭力毋庸置疑。研究人員表示，通過創造性地尋找材料的正確組合并對其分布進行精確控制，他們開辟出了一條無鈷大容量電池的研發新途徑。

[靳愛民摘譯自 ScienceDaily，2020-07-16]