专家发表3分钟充电80%研究成果 无钴高镍材料突破

10月1日，国际学术期刊《自然・合成》刊发了中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心团队的最新成果。研究团队提出一种基于物理化学描述符的多元微量元素设计策略，制备了镁、钙、钛和锆多元微量元素协同无钴高镍正极材料（MD-LNMO），实现3分钟快充至近80%电量。

这项研究推动正极材料设计从“经验试错”迈向“目标导向”。正极材料是锂电池四大主材之一，决定锂电池的能量密度、倍率性能、循环寿命和安全性。在正极材料研发中，特定微量元素能够改变锂离子的运动方式和材料的晶体结构，从而影响电池的容量、快速充放电能力和循环寿命等。

长期以来，微量元素的选择依赖经验判断与反复试错，缺乏能系统关联微量元素的本征性质、晶格结构和电化学性能的定量描述符与设计准则。这一问题在无钴高镍正极材料中尤为突出。钴是锂离子电池正极材料中的关键元素之一，但其高昂的成本和高度集中的供应链长期困扰着电池产业。无钴高镍化设计虽然能够降低材料成本、提升比容量，却会加剧锂离子传输动力学迟滞、局域晶格畸变、氧骨架失稳等一系列问题，成为制约无钴高镍正极材料走向产业化的关键瓶颈。

针对这一挑战，研究团队从底层物理化学机制出发，提出了更有针对性的元素筛选方法。团队将微量元素的离子电荷密度和金属—氧键合强度作为关键参数，建立了微量元素本征性质与锂离子传输、结构稳定性之间的内在关联。引入低电荷密度微量元素，减弱锂离子迁移过程中的静电约束，提升离子传输动力学；利用强金属—氧键元素增强氧亚晶格及过渡金属—氧骨架的结构稳定性，构建“离子传输—晶格稳定性”协同调控的正极材料设计思路。