电池界大地震！Amine/潘锋/陆俊报道，钴会损伤电池性能！：电池界大地震！Amine/潘锋/陆

原标题：电池界大地震！Amine/潘锋/陆俊报道，钴会损伤电池性能！

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当前钴（Co）供应的难题对商业电池的生产产生了负面影响，因此开发对钴依赖更低的电池正极材料备受关注，然而，由于缺乏对Co对阴极容量和结构稳定性的影响的基本认识，以及在实践中缺乏有效的替代元件，阻碍了Co的完全消除。

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美国阿贡国家实验室KhalilAmine ，陆俊和北京大学深圳研究院潘锋教授共同在NatureEnergy发表文章UnderstandingCorolestowardsdevelopingCo-freeNi-richcathodesforrechargeablebatteries ，给我们从另外一个角度讲了Co的作用，给发展无钴正极提供了希望。
在这里，作者研究了在有意设计的系统中，包括富钴和锰取代的无钴阴极中Co的作用。结果发现， Co在快速的容量和/或结构退化中起着不可否认的作用，并发现Co在高电位下比Ni更具破坏性，这为Co的消除提供了意想不到但令人鼓舞的前景。
Co虽然有效地抑制了Li/Ni无序的形成，但反过来又引发了单个颗粒中巨大的晶格参数变化和晶间微裂纹。此外， Co持续激活不稳定的O氧化还原，导致氧释放和不可逆的从层状结构向尖晶石状结构的相变。这两个因素共同决定了富Co阴极的容量衰减机制。
此外， Mn取代能有效缓解Co的破坏作用，并且能够抑制氧气释放，并使其具有较高的电压。 Li/Ni无序，晶间微裂纹和不可逆相变不存在无钴阴极中，因此表面由层状结构向岩盐相的转变与Co、Mn成分无关。
【电池界大地震！Amine/潘锋/陆俊报道，钴会损伤电池性能！】虽然Co的还原被认为是阴极可持续发展的一种直观和自然的方式，但这项工作中的发现明确了Co的作用，并且通过这样做证明了Co的消除甚至可能有利于阴极性能的改善。此外，适当数量的Li/Ni无序(一个近似范围3-7%)能提高富镍正极材料的结构稳定性。
通过这些基础发现，作者还证明了一系列LiNiαMnβXγO2(X=单一或多种掺杂剂)是一种很有希望的无钴阴极候选材料。

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图1.通过HEXRD精修和像差校正的高分辨率TEM进行定量原子占用分析

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图2.NC64,NMC622和NM64的电化学测试

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图3.三种正极材料第一次充放电过程中的原位XRD

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图4.三个可比样品的过渡氧化态和气体生成测量

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图5.NC64循环后的TEM观察

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图6.NC64和NM64的结构和氧的可逆性

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图7.富钴和无钴阴极的结构演化机制

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图8.潜在的无钴LiNiαMnβXγO2正极材料
链接
Liu,T.,Yu,L.,Liu,J.etal.UnderstandingCorolestowardsdevelopingCo-freeNi-richcathodesforrechargeablebatteries.Nat.Energy(2021).https://doi.org/10.1038/s41560-021-00776-y
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