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隨著消費電子產品，特別是5G手機等對鋰電池續航時間和體積要求的不斷提高，進一步提升電池體積能量密度成為關注熱點。近日，中科院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心清潔能源實驗室的研究人員，采用Ti、Mg、Al三種元素痕量摻雜，使鋰離子電池正級材料——鈷酸鋰在4.6V高電壓的充放電過程中，循環穩定性和倍率特性得到極大提升。

 　　據研究人員介紹，提高鈷酸鋰電池的充電電壓可以提高電池的體積能量密度，此前其充電截止電壓已從1991年最早商業化時的4.20V逐漸提升至4.45V，體積能量密度也已超過700Wh/L.隨著充電電壓的提高，鈷酸鋰材料會逐漸出現不可逆結構相變、表界面穩定性和安全性能下降等問題，限制了其實際應用。研究人員通常采用多種元素痕量摻雜的手段對鈷酸鋰材料進行改性，以提升其在高電壓充放電過程中的穩定性。

 　　該團隊與國內外的相關研究機構合作，系統研究了Ti、Mg、Al痕量摻雜對鈷酸鋰材料性能提升的作用機制，揭示了不同摻雜元素對材料性能改善的獨特作用。

 　　研究團隊探索了不同摻雜元素在材料顆粒表面及體相內的分布規律，結果表明，在相同的材料合成條件下，Mg和Al元素更容易摻雜進入材料的晶體結構中，而Ti元素則傾向于在鈷酸鋰顆粒表面富集。進一步研究顯示，摻雜進入鈷酸鋰晶格的Mg、Al可以抑制4.5V高電壓充放電時出現的結構相變，而結構相變被普遍認為是導致鈷酸鋰材料在高電壓充放電下性能衰減的主要原因之一。隨后，Ti元素能夠為鈷酸鋰顆粒提供良好的界面接觸，從而提升材料的倍率性能，并有效地抑制高電壓下材料表面氧離子的氧化活性，從而減緩高電壓下材料與有機電解液的副反應，穩定材料的表面。

 　　鈷酸鋰是最早商業化的鋰離子電池正極材料。由于其具有很高的材料密度和電極壓實密度，使用鈷酸鋰正極的鋰離子電池具有最高的體積能量密度，因此鈷酸鋰是消費電子市場應用最廣泛的正極材料。