鋰電池中的鈷

一、Co為什么如此重要？

最初，Co和Mn被引入到LiNiO2（LNO）正極材料中以穩定結構。雖然LNO具有較高的理論能量密度，但由于晶格不穩定，其循環穩定性也很差，存在潛在的安全隱患是的。由于這些原因，添加了Co作為穩定劑。與LCO相比，難以合成純層狀的LNO，并且經常形成不希望的巖鹽結構。

二、Co是怎么影響材料結構？

Ni在氧化物過渡金屬層中不穩定，具有相對強的磁矩，三個三角形放置的Ni2+陽離子始終具有兩個相反的磁矩，從而產生“磁阻挫”。由于Li+沒有磁矩，優先與一些鎳離子交換，失去一個位置的自旋可減輕磁阻挫。過渡金屬層中鎳與鋰層中遷移鎳之間的強層間反鐵磁耦合，創造了一種交換作用以穩定Li+。最終，缺鋰的LiO2層間距減小，阻礙了Li+的傳輸，最終導致LNO的容量快速衰減。隨著沒有磁矩Co3+的加入，緩解了磁阻挫，在過渡金屬層中充當緩沖原子，能夠防止鎳鋰混排和隨后的相變，以形成穩定層狀結構。

三、怎樣減少Co的用量

直接降低鈷含量可以有效地獲得可接受的性能，但是僅達到最小的鈷含量。例如，在高鎳NMC中，熱穩定性對避免災難性故障至關重要，鎳含量從NMC111、532、622到811循環穩定性和安全性以此下降。

1.使用其他金屬部分取代Co。相比之下，用其他元素（如鈦）部分取代Co可產生理想的性能。盡管其他金屬可以限制鋰鎳混排，但通常會導致動力學下降和容量降低。

3.使用陰離子氧化還原對。走向完全不含鈷的體系，促使研究人員對無序的巖鹽材料進行研究，希望通過使用陰離子氧化還原（O2-）對來增加的容量。然而，由于O2氣體的形成，陰離子氧化還原體系具有有限的循環性。

<p helvetica="" neue",="" "pingfang="" sc",="" "hiragino="" sans="" gb",="" "microsoft="" yahei="" ui",="" yahei",="" arial,="" sans-serif;="" font-size:="" 17px;="" letter-spacing:="" 0.544px;="" white-space:="" normal;="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);="" text-align:="" center;="" box-sizing:="" border-box="" !important;="" word-wrap:="" break-word="" !important;"="" style="padding: 0px; margin: 0px; font-family: 宋體, arial, sans-serif; max-width: 100%; clear: both; min-height: 1em; color: rgb(51, 51, 51);">最后，要確定新正極的組成和合成條件，也可以通過嚴格而廣泛的機器學習技術減少尋找條件的時間，同時將Co含量減少到摻雜水平（<1％）。在保證性能的基礎上，完全消除Co是一項重要的研究目標。能否完全摒棄Co的使用，這也取決于今后鈷礦產量和鈷回收的情況。