1月17日，東北大學(xué)宣布，由該大學(xué)先進(jìn)材料多學(xué)科研究所和名古屋工業(yè)大學(xué)組成的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一種不含稀有金屬的新型鋰離子電池正極材料。它與現(xiàn)有的鐵基正極材料相比，容量翻了一番。

研究背景

鈷和鎳等稀有金屬常用于鋰離子電池的正極以及安裝在電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車上的其他設(shè)備。在全球蓄電池市場(chǎng)快速擴(kuò)張的同時(shí)，由于稀有金屬生產(chǎn)國(guó)和精煉廠在少數(shù)國(guó)家分布不均，因此供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)擔(dān)憂加劇。目前使用廉價(jià)鐵的磷酸鐵鋰（LiFePO₄）已作為避免資源風(fēng)險(xiǎn)的正極材料投入實(shí)際使用，但它仍存在能量密度低的問題。為了滿足對(duì)高能量的需求，開發(fā)不含稀有金屬且具有高能量密度的新型正極材料是業(yè)界的重要發(fā)展方向。

研究進(jìn)展

理論上，反螢石型鋰鐵氧化物(Li₅FeO₄ )在實(shí)際應(yīng)用中除了LiFePO₄正極中使用的鐵的氧化還原反應(yīng)外，還可以利用氧的氧化還原反應(yīng)，因此它有望展現(xiàn)出比磷酸鐵鋰正極高出一倍以上的容量。但由于直到目前氧的氧化還原反應(yīng)還不能得到充分利用，因此它最終只能展現(xiàn)出與LiFePO₄正極大致相同的容量。為此，科學(xué)家開始研究如何改進(jìn)這種材料以發(fā)揮它的全部潛力。

反螢石型鋰鐵氧化物 Li5FeO4 的晶體結(jié)構(gòu)（左）和本研究中的亞穩(wěn)相（右）。紅色、黃綠色和棕色球體分別代表氧、鋰和鐵原子。亞穩(wěn)相形成逆螢石結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)原子的位置等價(jià)排列。

由東北大學(xué)尖端材料多學(xué)科研究所講師Hiroaki Kobayashi和Itaru Honma教授以及名古屋工業(yè)大學(xué)工學(xué)研究科教授Masanobu Nakayama領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開發(fā)了一種新的無稀有金屬、使用廉價(jià)的鐵和氧的高能鋰離子電池正極材料開發(fā)成功。在這項(xiàng)研究中，他們通過機(jī)械合金化使Li₅FeO₄亞穩(wěn)定化，同時(shí)可以利用迄今為止未被充分利用的鐵和氧的氧化還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了超過300mAh/g的可逆容量。通過使用可規(guī)避供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)的單質(zhì)資源，有望降低鋰離子電池的成本，提高能量密度。

目前，該成果于2023年1月15日在線發(fā)表于美國(guó)主要學(xué)術(shù)出版公司W(wǎng)iley Advanced Energy Materials。

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