美国大学研发无钴高能量锂离子电池 可大幅降低电池成本

由于钴成本高，在开采中还涉及各种人权问题，几十年来，研究人员都一直在寻找方法，以从高能量电池中去除钴。不过，过去的一些尝试都没有让无钴电池达到有钴电池的性能标准。

（图片来源：德克萨斯大学奥斯汀分校）

据外媒报道，美国德克萨斯大学奥斯汀分校科克雷尔工程学院（the Cockrell School of Engineering at The University of Texas at Austin）的研究人员却表示，他们已经破解了无钴高能量锂离子电池的密码，既去除了钴，还能够降低电池生产成本，同时还提升了电池某些方面的性能。该研究小组研发了一种新型阴极，即通常含钴的电极，其被含镍量高的成分固定住。该款阴极含有89%的镍，其他关键成分则是锰和铝。

电池中含镍越多，表明其越能多存储能量。增加了能量密度就可以延长手机电池的寿命或是电动汽车的续航里程。

一般而言，电池能量密度增加会导致电池其他方面性能下降，例如循环寿命会更短，即电池在失效和不能再被充满电之前，可以充放电的次数。去除钴通常会减慢电池的动力学反应，导致其充放电速率低，即阴极充放电速度。不过，研究人员表示，已经通过找到一种最优的金属组合，以确保离子均匀分布，克服了无钴电池循环寿命短以及充放电速率低的问题。

大多数锂离子电池的阴极采用金属离子组合，如镍锰钴（NMC）或镍钴铝（NCA）。阴极成本大约占整个电池材料成本的一半，钴则是最昂贵的成分，价格约为每吨28,500美元，比镍、锰和铝加起来还要贵，而且在大多数锂离子电池阴极中的成分占10%至30%。

研究人员表示：“在电池阴极中，钴是储量最少、成本最高的成分。我们正从电池中彻底去除它。”

可以从原子角度观察到研究人员取得了突破。在合成过程中，他们能够确保各种金属的离子可以在阴极的晶体结构中均匀分布。研究人员表示，当此类离子聚集在一起时，电池的性能就会下降，而这一问题一直困扰着此前研发的无钴、高能量电池。通过确保此类离子均匀分布，研究人员能够避免电池的性能损失。

研究人员表示：“我们的目标是在保证电池性能和安全性的同时，只使用储量丰富且价格低廉的金属来替代钴，并采用可立即进行扩展的工业合成工艺。”

几位研究人员与德克萨斯大学技术商业化办公室（UT’s Office of Technology Commercialization）合作，成立了一家名为TexPower的初创公司，旨在将该技术推向市场。此外，这些研究人员还从美国能源部获得资助，而能源部也一直在寻求减少对关键电池材料的进口依赖。

业内已经开始大力推广无钴电池，最引人注目的就是特斯拉试图去除其汽车电池中的钴材料。随着大型政府机构和私营企业都致力于减少对钴的依赖，这一领域的竞争也日趋激烈。研究人员表示，他们通过创新，正确组合材料，精确控制材料的分布，解决了阻碍无钴、高能量电池研发的问题。