与锂电正极材料稳定性相关的挑战阻碍了其整体性能和寿命；富镍正极材料可以帮助实现高电压和高容量；但它们的实际使用受到结构问题和氧气消耗的限制。
据报道，一组来自英国的科学家们在“理解和克服与锂离子电池中使用的富镍正极材料相关的挑战”方面取得了重大突破。
锂离子电池因其高能量密度和可充电性被广泛应用于各种应用，但与正极材料稳定性相关的挑战阻碍了其整体性能和寿命。据了解，虽然上述材料可以帮助实现高电压和高容量，但它们的实际使用受到结构问题和氧气消耗的限制。
英国伯明翰大学和剑桥大学的最新研究表明，“氧空穴”的形成（氧离子失去电子的地方）在LiNiO2（层状镍酸锂）阴极的降解中起着至关重要的作用。这加速了氧气的释放，从而进一步降解阴极材料。
研究人员在英国地区超级计算机上使用了一套最先进的计算技术，检查了LiNiO2阴极充电时的行为。他们发现，在充电过程中，材料中的氧发生了变化，而镍的电荷基本保持不变。
他们说，“我们发现镍离子的电荷始终维持在+2，无论是在充电还是放电状态下。与此同时，氧的电荷从-1.5变化到约-1。这很不寻常，传统模型假定在充电过程中氧的电荷保持在-2，这些变化表明氧不太稳定，我们已经找到了一种让它离开富镍正极的途径。”
研究人员将他们的计算结果与实验数据进行了比较，并发现结果与观察到的情况吻合良好。他们提出了氧在这一过程中丢失的机制，涉及氧自由基的结合形成过氧化物离子，然后转化为氧气，留下了材料中的空位。这一过程释放能量并形成单态氧，一种高度反应性的氧形式。
至此，他们得出结论，“氧空穴”的形成严重损害了锂离子电池中富镍正极材料，并提出了掺杂剂来增强电池的稳定性和寿命。最新研究成果已于近期发表在了《焦耳》杂志上。
“潜在地，通过添加减少氧气氧化还原反应，同时促进过渡金属氧化还原反应的掺杂剂，尤其是在表面，减少单态氧的产生，我们可以增强这类锂离子电池的稳定性和寿命，为更高效可靠的能源存储系统铺平道路。”他们补充道。
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