10月1日，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心科研团队一项锂电正极材料研究成果在国际学术期刊《自然.合成》发表。
据介绍，该材料是一款无钴高镍正极材料，其中镁、钙、钛、锆四元素添加量均接近1%。研究显示，使用该材料的锂电池（884309），在3分钟超快充后电量即可达到近80%；在6分钟快速充放电条件下循环350次后，容量保持率仍达82.4%。电池锂离子传输效率和材料结构稳定性得到同步提升。
正极材料是锂电池（884309）性能提升的关键抓手之一。它影响着电池容量、充放电速率、循环寿命等电池主要性能。日前，工业和信息化部等七部门印发的《新型电池产业发展“十五五”规划》中就“发展先进电池材料和高端制造设备”部署，开发高电压高稳定锰基、高镍三元、高压实密度磷酸铁锂、聚阴离子、层状氧化物等锂/钠电池正极材料。
改进正极材料性能的有效方法之一是添加少量特定元素。据央视新闻，该科研团队针对“锂离子跑得慢”和“材料结构稳不住”两个难题，从底层物理化学机制出发，提出了更有针对性的元素筛选方法：一类元素负责让锂离子跑得更顺，另一类元素负责让材料结构更加牢固。这两种作用分别与元素的离子电荷密度和金属—氧键合强度密切相关。电荷密度较低的元素，能减小锂离子迁移时受到的阻碍，让锂离子更易在材料中快速移动；与氧结合更牢固的元素，能增强晶体骨架的稳定性，使材料在反复充放电过程中不易发生结构破坏。
依据这两把“尺子”，科研人员从众多元素中，筛选出镁、钙、钛、锆元素，制备出四种元素含量均接近1%的协同优化无钴高镍正极材料。研究结果表明，在含量均接近1%的多元微量元素共同作用下，锂离子传输效率和材料结构稳定性得到同步提升。电化学测试显示，该材料兼具优异的快速充放电、长循环和低温性能：仅需3分钟超快充，电量即可达到近80%；在6分钟快速充放电条件下循环350次后，容量保持率仍达82.4%。采用该材料制备的5.74Ah电池在−20℃低温下仍可实现278.6Wh/kg的能量密度，展现出优异的低温储能（885921）性能，为寒冷地区新能源汽车（885431）和储能（885921）设备的应用提供了新的材料选择。
据悉，该研究为多元微量元素的选择建立了可遵循的设计规律，让材料研发从依靠经验“试”，转变为“有目标地选”，为高性能锂离子电池正极材料以及其他功能材料的精准设计提供了新思路。
