【研究背景】
高能量密度锂离子电池(LIBs)在推动高性能电动汽车发展中扮演着关键角色。目前，三元高镍LiNi1-yMnxCoyO2是高能量密度LIBs中最广泛应用的正极材料。在三元高镍(Ni)材料中，钴(Co)资源非常稀缺。全球可回收的钴储量仅为15.9 Mt，根据目前每年14万吨的钴供应量，钴资源仅够开采113年。由于其稀缺性，钴的价格从2019年的每吨26000美元上涨到2023年的每吨34000美元，导致高能量密度LIBs价格上涨。因此，摆脱对钴的依赖，开发高性能零钴、高镍正极材料已成为高能量密度LIBs可持续发展的紧迫问题。虽然已经开发了用于LIBs的零钴、高镍正极材料(LNM)，但它们仍然受到电化学性能不足的困扰。一方面，由于高镍正极材料在充放电过程中沿a轴和c轴方向的不均匀收缩和膨胀引起的体积变化，容易导致晶间和晶内裂纹的形成，从而造成循环性能差。另一方面，钴是高镍正极材料中稳定结构和增强电导率最关键的元素。在没有钴的情况下，锂/镍阳离子混合加剧，锂离子扩散减弱，导致不利的倍率性能。为了提高LNM的电化学性能，通常采用在容量和稳定性之间权衡的方法。在各种方法中，元素掺杂被认为是抑制锂/镍阳离子混合和抑制微裂纹的最成功方法之一，但单一掺杂的LNM仍然显示出令人不满意的循环稳定性，因为单一替代不能显著加强过渡金属-O之间的相互作用，因此它们仍然容易断裂并破坏结构。当前LNM面临的重大挑战是在不牺牲高容量的情况下，通过抑制结构退化、增强锂离子扩散和减少体积变化来打破权衡。
【工作介绍】
近日，清华大学徐盛明、中南大学杨越团队将高熵策略应用于LNM以增强结构强度和改善锂离子扩散动力学。高熵(HE)策略是一种特殊的掺杂方法，通常通过引入三种以上的原子来替代原始原子。它用于增强合金材料的结构强度和固体电解质的导电性。它可以通过调节晶体内部的构型熵和形成材料内部复杂的化学键网络，极大地增强过渡金属-O之间的相互作用。在本研究中，六种元素(Ni、Mn、Al、Mg、Nb和Mo)共享过渡金属位点。Ni被用于提高可逆容量和电荷补偿，Mn因其丰富性而作为结构形成者，Al和Mg用于在锂离子脱嵌过程中提高结构稳定性，Nb和Mo被用于提高平均电压。其他掺杂元素的具体含量在保证Ni含量大于90%和控制pH等于11的条件下，在共沉淀过程中自
声明：
“高熵掺杂实现性能卓越的无钴高镍层状正极材料” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色网
来源：清华大学徐盛明、中南大学杨越团队
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2025年05月09日 ~ 11日 
