合理的层状氧化物正极设计实现低钴高性能锂离子电池

湖南大学的研究人员设计了一种用于可充电锂离子电池的层状氧化物阴极，该阴极仅使用极少量的钴即可实现快速充电性能、长寿命和高安全性。该研究发表在《国家科学开放》杂志上。

近年来，锂离子二次电池在全球电动汽车的快速增长中发挥了至关重要的作用。通常，锂离子电池正极含有钴，以确保快速充电能力。

然而，钴需求的激增和钴供应的有限性大幅推高了锂离子电池材料的成本，如何在保持快充性能的同时减少钴的使用是锂离子电池面临的首要挑战。

针对这一问题，研究人员通过优化高镍层状氧化物正极颗粒中钴的分布，合成了由坚固的导电保护层、梯度Li +离子导电层和稳定的体相组成的合理结构。

分析表明，坚固的导电保护层、梯度Li +离子导电层显著提高了材料的离子和电子导电性。因此，即使在极低的钴含量下，该结构也表现出优异的倍率性能(快速充电)。

此外，适度阳离子混入的体相和表面导电保护层有效保证了材料的稳定性，获得了优异的循环稳定性和安全性。在电池性能方面，设计的正极在倍率性能(5 C)上提高了一倍，并且在全电池中高电压下经过300次循环后容量保留率为90.4% 。这些优点表明设计的正极具有巨大的实际应用潜力。

“我们的研究提供了强有力的证据，表明合理的结构设计可以显著降低钴含量，同时保持电池的高倍率性能和长寿命，”该研究的资深作者、湖南大学的卢教授说。“这为开发低成本、高性能的锂离子电池材料提供了新的见解。”

此外，对于结构稳定性好但动力学性能差的正极材料，研究表明同时设计表面晶体结构和体相是保证以较低成本获得优异电化学性能的有效方法。

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