近日，化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院在鋰離子電池正極材料領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，相關(guān)工作“Single-Crystalline Ultrahigh-Ni Co-free Cathode with Magnetic Control as an Alternative to Commercial Cobalt-containing LiNi_0.88Mn_0.08Co_0.04O₂”以河北大學(xué)為第一單位發(fā)表在國(guó)際著名期刊《Advanced Materials》（影響因子：26.8）。我校青年教師申繼學(xué)博士為論文第一作者，我校徐建中教授和浙江大學(xué)陸俊教授/李澤珩副教授為共同通訊作者。

隨著新能源汽車(chē)向長(zhǎng)續(xù)航、快充電方向加速迭代，鋰離子電池對(duì)能量密度的要求持續(xù)攀升。高鎳無(wú)鈷層狀正極材料（LiNi_xMn_1-xO₂，Ni≥0.8，NM）憑借其高能量密度和低成本優(yōu)勢(shì)廣泛被人們關(guān)注。然而，此材料未配對(duì)電子引發(fā)的“磁阻挫”效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，增強(qiáng)超交換相互作用并造成無(wú)序排列，阻礙Li?在晶體內(nèi)部的擴(kuò)散。脫鋰過(guò)程中，會(huì)引發(fā)嚴(yán)重晶格畸變，進(jìn)而導(dǎo)致可逆Li⁺容量降低、鋰鎳混排、晶內(nèi)裂紋及寄生反應(yīng)等問(wèn)題。此外，富鎳材料界面存在的高自旋態(tài)Ni³⁺會(huì)加劇界面化學(xué)不穩(wěn)定性，觸發(fā)不可逆相變并造成活性Li損失，進(jìn)一步影響材料儲(chǔ)鋰性能。

針對(duì)上述難題，研究團(tuán)隊(duì)采用共沉淀、固相燒結(jié)、高強(qiáng)氣流粉碎三合一的制備策略，成功合成了高鎳單晶正極材料Li(Ni_0.90Mn_0.08Al_0.02)_0.98Zr_0.02O₂（NMAZ）。通過(guò)非磁性的元素?fù)诫s設(shè)計(jì)，有效解決了材料的結(jié)構(gòu)與界面穩(wěn)定性難題：Al作為無(wú)磁矩元素，均勻摻雜于材料內(nèi)部，可降低內(nèi)部磁矩、穩(wěn)定Ni的配位環(huán)境、減少高自旋Ni³⁺含量，從而抑制磁阻挫效應(yīng)；Zr同樣為無(wú)磁矩元素，被定向富集在材料表面，能夠抑制Ni³⁺/Ni⁴⁺向表面聚集，構(gòu)建穩(wěn)定的鋰離子傳輸通道。采用該正極材料制備的軟包電池表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合性能：在0.1 C充放電倍率下，展現(xiàn)出766.6 Wh·kg?¹的材料能量密度；在1 C倍率下經(jīng)過(guò)1000次循環(huán)后，仍保持86.9%的容量保持率。

2024年至今，團(tuán)隊(duì)已在鋰離子電池正極材料領(lǐng)域取得了一系列重要階段性成果，以河北大學(xué)第一單位分別發(fā)表在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊Advanced Functional Materials (2026, DOI: 10.1002/adfm.202525784; 2025, 35, 2502419)、Energy Materials and Devices (2025, 3 (2), 9370065)、Energy & Fuels (2025, 39 (34): 15991-16015)上。

以上工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展專(zhuān)項(xiàng)、河北省教育廳項(xiàng)目、河北省創(chuàng)新能力提升計(jì)劃項(xiàng)目、河北大學(xué)多學(xué)科交叉研究基金項(xiàng)目、河北大學(xué)優(yōu)秀青年科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、河北大學(xué)高層次人才研究計(jì)劃等經(jīng)費(fèi)的支持。

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[1] https://doi.org/10.1002/adma.72965

[2] https://doi.org/10.1002/adfm.202525784

[3] https://doi.org/10.1002/adfm.202502419

[4] https://doi.org/10.26599/emd.2025.9370065

[5] https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.5c02523

（化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院、科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院 供稿）