中國(guó)科學(xué)院金屬研究所與沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家研究中心聯(lián)合團(tuán)隊(duì)，在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·合成》（Nature Synthesis）發(fā)表研究成果，成功制備出基于物理化學(xué)描述子設(shè)計(jì)的無(wú)鈷高鎳正極材料。該材料可在25C超高倍率下僅用3分鐘充電至約80%，并具備長(zhǎng)循環(huán)壽命與優(yōu)異的低溫性能。

傳統(tǒng)正極材料研發(fā)長(zhǎng)期依賴(lài)經(jīng)驗(yàn)試錯(cuò)，而本研究將微量元素篩選轉(zhuǎn)向定量描述子驅(qū)動(dòng)的目標(biāo)導(dǎo)向設(shè)計(jì)。研究指出，微量摻雜元素（添加量約1%）可顯著改變鋰離子遷移行為與晶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響電池容量、倍率性能與壽命。過(guò)去因缺乏系統(tǒng)關(guān)聯(lián)本征性質(zhì)、晶格結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能的定量標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)鈷高鎳化路線雖能降本提容，卻常受限于離子傳輸動(dòng)力學(xué)遲緩、局部晶格畸變及氧骨架失穩(wěn)等產(chǎn)業(yè)化瓶頸。

針對(duì)上述難題，團(tuán)隊(duì)以離子電荷密度和金屬—氧鍵強(qiáng)度為核心指標(biāo)，建立“離子傳輸—晶格穩(wěn)定性”協(xié)同控制策略：引入低電荷密度元素削弱鋰離子遷移靜電束縛，利用強(qiáng)金屬—氧鍵元素強(qiáng)化氧亞晶格與過(guò)渡金屬—氧骨架穩(wěn)定性。據(jù)此優(yōu)選的鎂、鈣、鈦、鋯四元素在約1%含量下實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)優(yōu)化。

電化學(xué)測(cè)試顯示，該材料在25C倍率下比容量達(dá)130.9 mAh·g?1，3分鐘超快充可充至約80%狀態(tài)；在10C倍率下循環(huán)350次后容量保持率仍為82.4%。低溫方面，材料在-20℃環(huán)境下以1C倍率放電比容量為112 mAh·g?1?；诖瞬牧辖M裝的5.74安時(shí)（Ah）軟包電池，在同等低溫條件下能量密度可達(dá)278.6 Wh·kg?1，為寒區(qū)新能源汽車(chē)與儲(chǔ)能應(yīng)用提供新選項(xiàng)。

相關(guān)報(bào)道提及的循環(huán)測(cè)試條件存在表述差異（10C倍率350次或6分鐘快充快放350次），但核心結(jié)論一致，均驗(yàn)證了材料在快速充放電條件下的長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性。從產(chǎn)業(yè)視角看，正極材料直接決定電池的能量密度、安全性與壽命。當(dāng)前全球動(dòng)力電池加速無(wú)鈷高鎳化，本研究提供的定量設(shè)計(jì)框架有望縮短新材料研發(fā)周期、降低開(kāi)發(fā)成本，并為其他無(wú)機(jī)電池材料精密設(shè)計(jì)提供參考。

若該體系順利推進(jìn)中試驗(yàn)證與一致性評(píng)估，其3分鐘級(jí)快充能力將緩解新能源車(chē)補(bǔ)能焦慮，低溫性能提升亦有助于擴(kuò)大儲(chǔ)能設(shè)備適用地域。不過(guò)，實(shí)驗(yàn)室成果邁向大規(guī)模量產(chǎn)仍需經(jīng)歷中試放大、成本核算與工藝驗(yàn)證等階段，短期內(nèi)對(duì)現(xiàn)有正極市場(chǎng)格局的直接沖擊有限。