新方法解决了锰基高能正极材料寿命下降的问题

目前，电动汽车电池中使用的大多数正极材料都是由镍组成的层状氧化物，占过渡金属的60%以上。由于其高能量密度，使用富镍层状氧化物有利于建立电动汽车的里程，但其使用受到镍原料供需不稳定的限制。

作为替代方案，研究人员专注于以锰为主要元素的尖晶石正极材料，考虑到锰在国际现货市场上的交易价格约为镍的1/17;然而，寿命的迅速下降是商业化的障碍。

韩国科学技术研究院宣布，洪智贤博士在能源材料研究中心的研究团队确定了寿命快速下降的原因，这是高容量锰基尖晶石正极材料的长期问题。该团队致力于显着增加将锰正极材料锂电池商业化为下一代电动汽车电池的可能性。他们的研究结果发表在《先进能源材料》杂志上，该论文登上了封面。

锰基尖晶石正极材料理论上可以存储能量，其密度可与镍基商业正极材料相媲美。考虑到金属原料的价格，锰基尖晶石正极的单位价格能量密度可达镍基正极的2.8倍。但是，当满负荷使用电池时，寿命会迅速缩短;因此，只能存储大约75%的理论值。

已经确定三价锰(Mn)3+)在锰基尖晶石正极材料充放电过程中形成的，会扭曲材料的晶体结构，导致锰洗脱到电解质中，最终导致正极材料的寿命缩短。因此，大多数研究都集中在抑制三价锰的形成上。

与主流学术理论相反，KIST的洪博士团队最近发现，如果调整电池的工作电压范围，即使形成三价锰，正极材料也表现出优异的寿命特性。研究小组使用先进的材料表征技术，包括同步辐射技术，来解释现有理论无法解释的现象。通过分析，研究人员发现，在反复充放电过程中，正极材料与电解质界面处的副反应是寿命缩短的原因。

研究小组进一步提出了一种关键策略，通过稳定阴极电解质界面来显着提高锰基材料的寿命。作为该策略的一个例子，与商业电解质相比，引入不含EC的电解质可使使用寿命延长62%。这一改进导致迄今为止报道的锰基尖晶石正极材料同时使用镍和锰氧化还原反应的性能中最高的容量保持和倍率能力。

KIST的Hong博士说：“通过这项研究，KIST提出了一种将锰基高能正极材料商业化的新方法，这将成为电动汽车扩张的催化剂。如果学术界和工业界专注于将积累了大量能力的镍基正极材料的界面稳定技术应用于锰基下一代正极材料，我们预计韩国汽车工业企业未来可以保持更高水平的竞争力。