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焦点滚动:新方法解决锰基高能正极材料的寿命问题可推动电动汽车的发展

来源：盖世汽车时间：2023-02-09 14:42:49

【资料图】

目前，大多数用于电动汽车电池的正极材料是由镍（占60%以上的过渡金属）组成的层状氧化物。这种材料的能量密度高，有利于实现电动汽车的里程。然而，由于镍原料的供需不稳定，其使用受到限制。

（图片来源：韩国科学技术研究院）

作为替代方案，研究人员重点关注以锰为主的尖晶石正极材料。在国际现货市场，锰的交易价格约为镍的1/17。然而，其寿命迅速下降，影响商业化。

据外媒报道，韩国科学技术研究院（KIST）能源材料研究中心Jihyun Hong博士负责的团队发现了高容量锰基尖晶石正极材料寿命迅速下降的原因，从而帮助解决这一长期问题。考虑到下一代电动汽车电池，该团队致力于促进以锰为正极材料的锂电池的商用化。

理论上来说，锰基尖晶石正极材料具有与镍基商用正极材料相当的高储能密度。考虑到金属原料的价格，锰基尖晶石正极的单位价格能量密度，可以达到镍基正极的2.8倍。然而，在满容量使用电池时，其寿命会迅速缩短。因此，只能存储大约75%的理论容量。

据证实，锰基尖晶石正极材料在充放电过程中形成的三价锰（Mn3+）扭曲了材料的晶体结构，导致锰被析入电解液中，最终使正极材料的寿命缩短。因此，大多数研究集中在抑制三价锰的形成上。

与主流学术理论相反，该团队最近发现，如果调整电池的工作电压范围，即使形成三价锰，正极材料也表现出卓越的寿命特性。研究人员使用先进的材料表征技术，包括同步辐射技术，来解释现有理论无法解释的现象。研究人员分析发现，在重复充放电过程中，正极材料与电解质之间的界面发生副反应，是寿命缩短的原因。

该团队进一步提出了一项关键策略，通过稳定正极-电解质界面，大幅提升锰基材料的寿命。作为该策略的一个例子，与商用电解质相比，引入不含碳酸乙烯酯（EC）的电解液可使寿命提高62%。对于同时实现镍和锰氧化还原反应的锰基尖晶石正极材料，这种改进有助于使容量保持率和速率能力达到目前报告的最高水平。

Hong博士表示：“通过此次研究，KIST提出了促进锰基高能正极材料商用化的新方法，将促进电动汽车的发展。”

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