近日，化学与材料科学学院在锂离子电池正极材料领域取得重要进展，相关工作“Single-Crystalline Ultrahigh-Ni Co-free Cathode with Magnetic Control as an Alternative to Commercial Cobalt-containing LiNi0.88Mn0.08Co0.04O2”以河北大学为第一单位发表在国际著名期刊《Advanced Materials》（影响因子：26.8）。我校青年教师申继学博士为论文第一作者，我校徐建中教授和浙江大学陆俊教授/李泽珩副教授为共同通讯作者。
随着新能源汽车向长续航、快充电方向加速迭代，锂离子电池对能量密度的要求持续攀升。高镍无钴层状正极材料（LiNixMn1-xO2，Ni≥0.8，NM）凭借其高能量密度和低成本优势广泛被人们关注。然而，此材料未配对电子引发的“磁阻挫”效应会导致材料结构不稳定，增强超交换相互作用并造成无序排列，阻碍Li⁺在晶体内部的扩散。脱锂过程中，会引发严重晶格畸变，进而导致可逆Li+容量降低、锂镍混排、晶内裂纹及寄生反应等问题。此外，富镍材料界面存在的高自旋态Ni3+会加剧界面化学不稳定性，触发不可逆相变并造成活性Li损失，进一步影响材料储锂性能。
针对上述难题，研究团队采用共沉淀、固相烧结、高强气流粉碎三合一的制备策略，成功合成了高镍单晶正极材料Li(Ni0.90Mn0.08Al0.02)0.98Zr0.02O2（NMAZ）。通过非磁性的元素掺杂设计，有效解决了材料的结构与界面稳定性难题：Al作为无磁矩元素，均匀掺杂于材料内部，可降低内部磁矩、稳定Ni的配位环境、减少高自旋Ni3+含量，从而抑制磁阻挫效应；Zr同样为无磁矩元素，被定向富集在材料表面，能够抑制Ni3+/Ni4+向表面聚集，构建稳定的锂离子传输通道。采用该正极材料制备的软包电池表现出优异的综合性能：在0.1 C充放电倍率下，展现出766.6 Wh·kg⁻1的材料能量密度；在1 C倍率下经过1000次循环后，仍保持86.9%的容量保持率。
2024年至今，团队已在锂离子电池正极材料领域取得了一系列重要阶段性成果，以河北大学第一单位分别发表在国际权威学术期刊Advanced Functional Materials (2026, DOI: 10.1002/adfm.202525784; 2025, 35, 2502419)、Energy Materials and Devices (2025, 3 (2), 9370065)、Energy & Fuels (2025, 39 (34): 15991-16015)上。
以上工作得到了国家自然科学基金、中央引导地方科技发展专项、河北省教育厅项目、河北省创新能力提升计划项目、河北大学多学科交叉研究基金项目、河北大学优秀青年科研创新团队、河北大学高层次人才研究计划等经费的支持。
相关文章链接：
[1] https://doi.org/10.1002/adma.72965
[2] https://doi.org/10.1002/adfm.202525784
[3] https://doi.org/10.1002/adfm.202502419
[4] https://doi.org/10.26599/emd.2025.9370065
[5] https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.5c02523
（化学与材料科学学院、科学与技术创新研究院 供稿）
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