无钴高能电池尝试，锂电池制造新配方

文/陈根

作为一种相对稀有且贵重的重金属，钴在当今锂电池中起着至关重要的作用。几十年来，由于钴的高成本和采矿行业对环境和工人健康的负面影响（接触危险剂量的有毒金属和自然景观 / 水源的退化），研究人员一直在寻找从为电子设备供电的高能电池中消除钴的方法。但是过去的尝试并没有达到钴电池的性能标准。

近日，来自德克萨斯大学奥斯汀分校科克雷尔工程学院的研究人员表示，他们已经破解了无钴高能锂离子电池的密码，消除了钴元素，打开了降低电池生产成本的大门，同时在某些方面提升了性能。这项发现已发表在本月的《高级材料》杂志上。

通常，能量密度的增加会导致权衡，比如缩短循环寿命——电池在失去效率和无法再充满电之前可以充放电的次数。而消除钴通常会减慢电池的动力学响应，并导致低速率能力——阴极充电或放电的速度。

此外，大多数锂离子电池的阴极使用金属离子的组合，如镍锰钴（NMC）或镍钴铝（NCA）。阴极大约占整个电池材料成本的一半，钴是最昂贵的元素。它的价格约为每吨28500美元，比镍、锰和铝的总和还要贵，而且占大多数锂离子电池阴极的10%至30%。

而研究人员通过调整配方，换用含镍 89%、其余部分由锰、铝补上的新型电极材料，实现消除对钴元素的依赖。而电池中的镍越多，就意味着它能储存更多的能量。这种能量密度的增加可以延长手机的电池寿命，也可以使电动汽车每次充电的续航里程更长。

事实上，工业界已经开始推动无钴化，最明显的是特斯拉公司努力消除为其电动车提供动力的电池中的物质。随着大型政府组织和私营公司致力于减少对钴的依赖，这种追求变得竞争激烈也就不足为奇了。研究人员认为，他们已经避免了阻碍其他无钴高能电池尝试的问题，这些问题的创新则在于材料的正确组合和对其分布的精确控制。