記者7日從中國科學院金屬研究所獲悉，近日，該所沈陽材料科學國家研究中心科研團隊提出正極材料設計新策略，通過有針對性地篩選和搭配微量元素，同步改善無鈷高鎳正極材料的鋰離子傳輸能力和結構穩定性。研究將元素的物理化學性質與材料性能需求聯系起來，為正極材料研發從經驗篩選轉向有目標的設計提供了新思路。相關成果近日發表於《自然·合成》。

一塊鋰離子電池能存多少電、充放電有多快、能用多久，與正極材料密切相關。向材料中添加少量特定元素，是改善其性能的重要方法。但面對眾多候選元素，究竟該選誰、怎樣搭配才能讓微量添加發揮更大作用？

以往，相關元素篩選較多依賴經驗和反復試驗。此次，研究團隊從材料的性能需求出發，針對鋰離子遷移受阻、反復充放電過程中結構容易退化兩個問題，尋找更明確的選材依據。

研究團隊提出了兩把篩選元素的“尺子”——離子電荷密度和金屬—氧鍵合強度。電荷密度較低的摻雜元素，有助於降低鋰離子遷移時遇到的靜電阻礙，讓鋰離子“跑得快”﹔與氧鍵合更強的元素，則有助於加固材料的晶體骨架，讓結構“穩得住”。兩方面協同作用，使材料能夠兼顧快速傳輸與結構穩定。

依據這一思路，研究團隊篩選出鎂、鈣、鈦、鋯四種元素，制備出多元微量摻雜的無鈷高鎳正極材料。這些元素的原子比例雖處於百分之一量級，卻能共同改善材料性能，為微量元素的選擇和搭配提供了實驗依據。

電化學測試顯示，該材料在10C高倍率條件下循環350次后，容量保持率仍達82.4%。（記者楊侖）