综述：重新评估钴在超高镍正极中的关键作用：迈向可持续高性能锂离子电池

这篇综述深入探讨了钴（Co）在超高镍（Ni）锂离子电池（LIB）正极材料中的不可替代作用。通过结构表征和电化学性能分析，揭示了钴在稳定层状结构（LiNixCoyMnzO2，NCM）和补偿电荷传输中的关键机制，为平衡低成本（低钴化）与高性能（高能量密度）提供了理论依据，对推动电动汽车（EV）和储能系统（ESS）发展具有重要意义。

　　

Abstract

锂离子电池（LIB）凭借其卓越的能量密度和工作电压，已成为电动汽车（EV）和储能系统（ESS）的核心动力源。随着市场对续航里程和快充需求的激增，正极材料——尤其是镍含量超过90%的超高镍体系（如LiNi_0.9Co_0.05Mn_0.05O₂）——成为研究焦点。尽管行业普遍追求"去钴化"以降低成本，但本综述通过同步辐射X射线衍射（XRD）和循环伏安测试（CV）证明，微量钴（3-5%）能有效抑制阳离子混排（Ni²⁺占据Li⁺位点），并将循环寿命提升300%以上。

钴的"双重角色"机制

在LiNiO₂基体中，钴的3d电子轨道可调节Ni³⁺/Ni⁴⁺氧化还原对的能带结构，使锂离子脱嵌电位差降低0.15V，从而减少晶格氧流失（O₂释放量下降60%）。透射电镜（TEM）显示，含钴样品在100次循环后仍保持完整的层状结构，而无钴对照组则出现大量微裂纹和岩盐相转变。

工业化挑战与突破

虽然钴的资源稀缺性（全球储量仅710万吨）推动无钴正极研发，但本研究发现：通过原子级钴梯度掺杂（表面1nm富钴层），可在保持2.8mAh/cm²面积容量的同时，将热失控起始温度提高40°C。这种"以少控多"的策略为下一代400Wh/kg电池提供了可行性路径。

Conflict of Interest

作者声明无利益冲突，所有数据均通过第三方实验室复现验证。