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鋰離子電池過度依賴含鈷正極。目前的預測估計，到2050年將有數億輛電動汽車上路，而這種不斷增長的需求可能會以驚人的速度耗盡全球鈷儲量。此外，鈷供應鏈問題在過去十年中顯著提高了鈷價格。因此，儲能研發需要減少對鈷的依賴，以滿足對鋰離子電池不斷增長的需求。

在此，美國橡樹嶺國家實驗室Ilias Belharouak, Nitin Muralidharan等人綜述了用于鋰離子電池（LIB）的先進低鈷/無鈷正極的最新進展，特別討論了層狀、尖晶石、橄欖石和無序巖鹽（DRX）正極的性能及與這些材料的放大和制造相關的挑戰。盡管包括LiMn₂O₄（尖晶石）和LiFePO₄（橄欖石）在內的無鈷正極已在某些應用中商業化，但與LiCoO₂相比，這些系統的能量密度較差。

此外，商業化的富鎳層狀氧化物如NMC和NCA已展示出令人印象深刻的性能，這些材料的無鈷類似物（如NMA和NFA）也顯示出類似的性能。由于其廣泛的成分范圍（不含鈷和鎳），具有高度陽離子無序的DRX正極是下一代 LIB 的另一個有吸引力的選擇，與材料合成和電極制造相關的眾多挑戰需要系統的技術經濟調查，以更好地評估DRX正極的商業可行性。

圖1. 主流LIB正極的晶體結構及性能

雖然這些無鈷系統顯示出巨大的前景，但實際應用需要進一步優化材料合成、加工和電池設計。為了充分發揮下一代低鈷/無鈷正極的潛力，需要進一步研究包括顆粒形貌和微觀結構（如單晶vs多晶粉末）在內的關鍵材料特性對性能（如循環穩定性、比能、日歷壽命和安全性）的影響。同樣，應開發正極涂層和電解液添加劑以穩定正極-電解液界面，特別是對于高壓系統。

最重要的是，隨著能源需求的持續增長，應開發能夠有效回收廢舊鋰電池的技術，以減少浪費并回收有價值的資源。將回收與研發下一代正極相結合以實現雙管齊下的戰略，從而解決當今鋰離子電池對鈷和鎳等關鍵元素的過度依賴，這是下一個主要挑戰。

圖2. 工業規模正極材料制造工藝的示意圖及電池組裝設備

Next-Generation Cobalt-Free Cathodes-A Prospective Solution to the Battery Industry’s Cobalt Problem, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202103050

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橡樹嶺國家實驗室AEM: 電池行業鈷問題的前瞻性解決方案

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