開發(fā)高性能無鈷高鎳鋰電池正極材料是實(shí)現(xiàn)鋰離子電池能量密度提升的關(guān)鍵。然而，高鎳正極材料在循環(huán)過程中常面臨晶體結(jié)構(gòu)退化和表面副反應(yīng)活性過高等問題，嚴(yán)重制約了其商業(yè)化應(yīng)用。針對這一挑戰(zhàn)，北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院潘鋒教授研究團(tuán)隊(duì)通過聯(lián)合運(yùn)用多種先進(jìn)表征手段，首次系統(tǒng)地揭示了鋰占位對高鎳正極材料電化學(xué)性能的影響機(jī)制，并設(shè)計(jì)出兩種具有高循環(huán)穩(wěn)定性的正極材料。

無鈷高鎳正極材料的鋰占位調(diào)控策略

潘鋒與德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院教授Helmut Ehrenberg和研究員Sylvio Indris研究團(tuán)隊(duì)合作采用多種鋰敏感表征技術(shù)，包括中子衍射和鋰同位素固態(tài)核磁共振等，深入分析了高鎳正極材料中不同鋰位的占據(jù)情況及其相關(guān)結(jié)構(gòu)組分。研究發(fā)現(xiàn)，通過引入高價態(tài)摻雜元素（如Mo6+、Nb5+和W6+）并調(diào)整合成過程中的鋰鹽用量，可以有效調(diào)控材料中不同含鋰結(jié)構(gòu)組分的比例，進(jìn)而優(yōu)化材料的電化學(xué)性能。研究結(jié)果顯示，隨著材料中鋰含量的增加，材料中鋰/鎳交換缺陷逐漸減少，而富鋰結(jié)構(gòu)單元（如LiaXOb和Li/Mn/X(Ni)有序相，X=Mo, Ni, W）逐漸增加。這兩種結(jié)構(gòu)單元通過抑制鋰/鎳交換和引入額外氧的氧化還原機(jī)制，顯著提高了高鎳正極材料的循環(huán)穩(wěn)定性。該研究成果不僅為深入理解高鎳正極材料的鋰占位機(jī)制提供了新的視角，也為開發(fā)高性能無鈷高鎳正極材料提供了重要的理論指導(dǎo)。相關(guān)研究成果以“Tuning Li occupancy and local structures for advanced Co-free Ni-rich positive electrodes”為題，發(fā)表于國際知名期刊《自然·通訊》（Nature Communications）（DOI: 10.1038/s41467-025-57063-7）。

該工作在潘鋒、Helmut Ehrenberg和Sylvio Indris的共同指導(dǎo)下完成，新材料學(xué)院中德交流博士后李航為文章的第一作者。本研究工作為深圳市發(fā)展和改革委員會材料基因組大科學(xué)設(shè)施平臺重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金項(xiàng)目、廣東省軟科學(xué)研究項(xiàng)目、電動汽車動力電池與材料國際聯(lián)合研究中心項(xiàng)目以及深圳市科技研發(fā)資助項(xiàng)目。