新型无钴锂离子电池在不降低性能的前提下降低成本

奥斯汀市得克萨斯大学科雷尔工程学院的研究人员表示，他们破解了无钴高性能离子电池的秘密，不用钴意味着打开了降低电池生产成本的大门，同时在某些方面电池的性能更好。该小组报告了一种主要由镍构成的新正极(也就是电池中通常容纳所有钴的电极)。他们研究的正极材料89%是镍，其他关键元素为锰和铝。电池中的镍越多，储存的能量就越多。能量密度越高，则每次充电后手机待机时间越久，电动汽车的行驶里程越长。通常，增加能量密度也有不利的一面，循环寿命(失效之前的充放电次数)会缩短。通常来讲，无钴电池动力学响应迟缓，倍率性能(充电或放电快慢)较差。而研究人员表示，通过寻找最佳的金属组合，并确保离子分布更加均匀，克服了循环寿命短和倍率较差的问题。

大多数锂离子电池正极材料采用金属离子组合，如镍锰钴(NMC)或镍钴铝(NCA)。由于钴是最昂贵的元素，因此正极材料大约占整个电池成本的一半。钴的价格大约为28 500美元t，比镍、锰和铝加在一起还贵，在大多数的锂离子电池正极成本中，钴占10%～30%。研究突破的关键体现在原子水平。在合成过程中，确保各种金属离子在正极材料晶体结构中保持均匀分布。一旦离子发生聚集，性能就会下降。对于以前的无钴、大容量电池而言，这个问题一直没有解决。只要离子分布均匀，就不会发生这样的问题。该研究的目标是只用丰富且价格低廉的金属来取代钴，同时性能和安全性不下降，而且能利用现有的工业合成工艺直接进行工业化生产。企业对于无钴的追求更加积极，特斯拉公司的努力有目共睹。由于各种政府机构和私营公司希望减少对钴的依赖，这种研发工作的竞争力毋庸置疑。研究人员表示，通过创造性地寻找材料的正确组合并对其分布进行精确控制，他们开辟出了一条无钴大容量电池的研发新途径。

[靳爱民摘译自 ScienceDaily，2020-07-16]