Egi研究所：“解决高镍正极材料性能下降难题”

by Jeong Ilwoong

Published 22 May.2025 09:37(KST)

韩国本土研究团队解决了“高镍正极材料”的性能下降问题。

韩国能源技术研究院（以下简称“能研院”）22日表示，该院蔚山下一代电池研发中心的研究团队，由Jin Wooyoung·Cha Hyungyeon博士带领，重新界定了长期以来被指为高镍正极材料顽疾的残余锂化合物的位置，并提出了最小化残余锂的结构设计方案。

Jin Wooyoung、Cha Hyungyeon博士研究团队重新厘清了长期以来被指出为高镍正极材料顽疾的残余锂化合物位置，并提出了将残余锂最小化的设计方案。韩国能源技术研究院提供

高镍系正极材料是应用于电动汽车等领域的下一代锂离子电池的核心材料。正极材料中镍含量越高，电池的能量密度越高，电动车的续航里程也随之提升。基于同样原因，高镍正极材料的镍含量高达80%，因此被视为下一代电动车市场的核心技术而备受关注。

但随着镍含量增加，正极材料表面会过度生成残余锂化合物，并出现电极原料像果冻一样凝固的凝胶化现象。

此后，由于颗粒分布不均，电极材料之间的附着力会下降约20%，从而导致电极成品完整度和性能下降。这一问题在已商业化的正极材料中同样存在，要实现稳定生产和应用，亟须找到解决这一顽疾的方案。

研究团队突破既有常识，首次确认残余锂也存在于正极材料内部颗粒之间。此外，团队还证明，以往被忽视的正极内部结构是导致电池性能和寿命下降的主要因素之一，并据此提出了可从源头抑制残余锂形成的结构设计方向。

尤其是，研究团队利用高分辨率电子显微镜、氮气吸附分析和电子能量损失谱等最前沿分析技术对正极材料进行精密分析时发现，残余锂化合物以晶体形式存在于颗粒之间的微小缝隙中，并成为引发性能下降的主要原因之一。

基于此，研究团队提出，应采用具有单晶结构的高镍正极材料，以抑制正极内部残余锂的形成。由于单晶结构在内部颗粒之间不存在或仅存在极为有限的晶界，不会产生颗粒间缝隙，从而可以阻断残余锂固化所需的空间。

研究团队预计，若采用高镍单晶正极材料，残余锂含量可比现有正极材料降低54%，有望实现产业界和学界提出的“残余锂化合物控制在2000ppm以下”的目标。

Jin Wooyoung·Cha Hyungyeon博士表示：“本次研究是首次将以往集中于表面问题的残余锂研究，扩展到颗粒内部结构并进行精密分析的案例。通过本研究，我们为从根本上理解高镍正极材料的结构稳定性和性能劣化提供了重要转折点。”

此外，本研究在科学技术信息通信部“全球TOP战略研究团”支持项目和源头技术开发项目资助下完成。相关论文还被材料科学领域国际权威学术期刊《Journal of Materials Chemistry A》选为2月刊封面论文。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。