针对高能量密度锂离子电池的实际应用需求，优化钴梯度分布以适用于Ni95正极材料

《Matter》：Tailoring cobalt gradient distribution toward practical Ni95 cathode for high-energy-density lithium-ion battery

高镍单晶正极材料通过钴梯度掺杂和硼注入技术，解决了微裂纹和钴分布不均问题，提升了循环稳定性和吨级量产能力。

　　

背景与规模

富含镍的负极材料（LiNi_xCo_yMn_zO₂，其中 x ≥ 0.8 且 x + y + z = 1）由于其较高的理论能量密度，成为高续航里程电动汽车（EV）锂离子电池的最佳选择。然而，严重的微裂纹以及钴资源分布不均阻碍了多晶负极材料的商业化应用。在这里，我们通过形成朝向单晶、低钴、超高镍负极材料（C-Ni95）的钴表面梯度掺杂结构，成功解决了上述问题。通过简单的硼注入处理，由优化的C-Ni95负极与石墨负极组成的全电池在2000次循环后仍保持了高达87.1%的容量保持率。令人兴奋的是，这种材料已在试点工厂实现了吨级生产。

亮点

• 优化钴梯度分布减少了钴资源的消耗

• 钴梯度掺杂增强了M-H1相变动力学，从而实现了快速放电

• 吨级生产的负极在2000次循环后仍保持87.1%的容量保持率

总结

提高电动汽车的续航里程和安全性是新能源研究的关键焦点。富含镍的负极（≥200 mA h g^?1）对下一代高能量锂离子电池至关重要，但其在多晶形式中的广泛应用受到微裂纹、不可逆相变和晶格氧释放的阻碍。本研究成功合成了单晶、低钴、超高镍负极材料（C-Ni95），这些材料由于钴元素的优化分布而表现出卓越的循环稳定性。特别是，钴表面梯度掺杂结构在增强锂离子的界面传输、缓解体积膨胀/收缩、稳定晶体结构以及抑制有害副反应方面发挥了关键作用。因此，高负载量的C-Ni95 pouch电池（28.2 mg cm^?12）在800次循环后仍保持了85.1%的容量。此外，硼注入进一步提升了性能，在2000次循环后容量保持率达到了87.1%。这项工作为高性能、无钴、单晶负极的实际合成和界面改性提供了一种有效策略。

图形摘要