随着电动汽车和储能系统的需求激增，锂离子电池需要以更低的成本提供更高的能量密度。 虽然磷酸铁锂和镍-钴-锰-氧化锂等传统正极材料被广泛使用，但它们往往无法兼顾性能和经济性。
富锂锰氧化物（LRMOs）因其高容量和无钴成分而成为一种潜在的替代品。 然而，它们的初始库仑效率低和电压衰减快，限制了它们的广泛应用。 要解决这些难题，就必须进行更深入的研究，以稳定锂离子金属氧化物电池，从而实现广泛的商业应用。 2024 年 9 月，广东工业大学罗东和刘晨宇领导的研究团队在 Energy Materials and Devices 杂志上发表了一项研究，标志着锂离子电池技术取得了重大进展。
他们的研究证明了用 NH4VO3 处理富锂阴极材料如何产生掺钒尖晶石层状结构，从而提高初始库仑效率和电压稳定性。 这项简单而有效的改性是朝着提高高能锂离子电池的可持续性和性能迈出的重要一步。 该研究解决了 LRMO 阴极长期存在的两个问题：初始库仑效率（ICE）低和电压衰减快。 研究团队采用 NH4VO3 进行水热处理，将钒引入阴极表面，形成掺钒尖晶石层状结构。 这种创新结构改善了锂离子扩散，减少了表面界面反应，从而稳定了氧氧化还原过程。 值得注意的是，ICE 从 74.4% 跃升至 91.6%，超过了商业化所需的临界值。 除了效率的显著提高，阴极还表现出了令人印象深刻的电压稳定性，在 200 个周期内，每个周期的电压衰减仅为 0.47 mV。 这种改进与抑制不可逆氧释放和形成强 V-O 键有关，它们加强了材料的结构稳定性。 通过解决这些关键挑战，该研究强调了一种有希望提高 LRMO 阴极性能和寿命的方法，使它们更适合高能应用。
研究成果为解决富锂阴极库仑效率低和电压衰减的长期难题提供了一种实用、高效的方法。 通过掺入钒，显著提高了氧化还原稳定性和电压性能，为下一代锂离子电池铺平了道路，以满足电动汽车和可再生能源存储等领域日益增长的能源需求。掺钒的富锂阴极在电动汽车、可再生能源系统和消费电子产品等对电池效率和寿命要求极高的应用领域具有巨大潜力。 效率和稳定性的提高不仅有望通过消除钴来降低成本，还能增强电池的整体性能。 随着这项技术的推广，它将带来更经济、更可持续的能源解决方案，加速全球向更清洁、更高效的能源转变。
原文链接：: Liping Tan et al, V-doped Co-free Li-rich layered oxide with enhanced oxygen redox reversibility for excellent voltage stability and high initial Coulombic efficiency, Energy Materials and Devices (2024). DOI: 10.26599/EMD.2024.9370039
