在鋰離子電池技術日新月異的今天，正極材料的性能優化成為提升電池整體性能的關鍵。清華大學深圳國際研究生院與北京工業大學的研究團隊，通過一項創新的微觀結構工程策略，成功在高鎳正極材料中引入了鎢（W）元素，實現了材料容量與壽命的雙重飛躍，為鋰離子電池技術的發展開辟了新篇章。
高鎳層狀氧化物（NRLO）因其高理論容量和高工作電壓，在電動汽車和大規模能量存儲系統中展現出巨大潛力。然而，傳統的NRLOs材料在提高比能量方面面臨諸多挑戰：一是增加鎳含量雖然能提升容量，但是鎳含量過高易導致晶格不穩定性，進而降低電池的安全性；二是提高截止電壓雖能提取更多鋰離子，卻會觸發多相變，損害材料結構。在此背景下，研究團隊另辟蹊徑，通過引入鎢元素，實現了對NRLOs微觀結構的精細調控。
鎢是一種過渡金屬元素，在元素周期表中第六周期的VIB族。鎢在自然界主要呈六價陽離子，其離子半徑為0.68×10-10m。由于W6+離子半徑小，電價高，極化能力強，易形成絡陰離子，因此鎢主要以絡陰離子的形式[WO4]2-存在。
研究表明，鎢元素的引入顯著改變了NRLOs的微觀結構。首先，鎢的摻雜促進了具有一致自旋結構的尖晶石孿晶界的形成，這一結構創新有效降低了鋰離子的擴散勢壘，使得鋰離子在材料中的傳輸更為順暢，從而實現了更深層次的相變反應，提高了材料的容量利用率。其次，在正極材料的表面和晶界處，鎢的引入形成了致密且均勻的LiWxOy相，這層保護膜不僅有效阻止了電解液對材料的侵蝕，還顯著延長了電池的循環壽命。
實驗數據顯示，鎢元素的引入使得高鎳層狀氧化物正極材料在*循環中的可逆容量增加了14 mAh/g，這一顯著提升直接反映了材料結構優化的成效。更重要的是，通過微觀結構的精細調控，該材料在保持高容量的同時，也展現出了優異的循環穩定性。在200個循環后，材料依然能夠保持較高的可逆容量，證明了其在實際應用中的巨大潛力。
該研究成果已以“Unraveling Mechanism for Microstructure Engineering toward High-Capacity Nickel-Rich Cathode Materials”為題發表在wiley online library上。
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