觀點網訊：10月1日，中國科學院金屬研究所瀋陽材料科學國家研究中心團隊在《自然·合成》期刊發表研究成果，提出一種基於物理化學機制的微量元素篩選策略，推動鋰電正極材料設計從“經驗試錯”邁向“目標導向”。

傳統研發中，科研人員會在正極材料中加入約1%的特定微量元素，以探索提升鋰離子傳輸效率與結構穩定性，但面對元素週期表中的眾多選項，研發多依賴“經驗試錯”，缺乏明確的設計依據和可遵循的篩選規律。

針對“鋰離子跑得慢”和“材料結構穩不住”兩個難題，研究團隊從底層物理化學機制出發提出元素篩選方法：一是選擇離子電荷密度較低的元素（如鎂、鈣），減小鋰離子遷移時受到的阻礙；二是選擇與氧結合更牢固的元素（如鈦、鋯），增強晶體骨架的穩定性，使材料在反覆充放電過程中不易發生結構破壞。

基於該策略，團隊協同引入鎂、鈣、鈦、鋯四種元素，製備出多元微量元素摻雜的無鈷高鎳正極材料。

電化學測試顯示，該材料僅需3分鐘超快充，電量即可達到近80%；在6分鐘快速充放電條件下循環350次後，容量保持率仍達82.4%。

採用該材料製備的5.74Ah電池在零下20攝氏度低溫下，能量密度仍達278.6Wh/kg。該材料為寒冷地區新能源汽車和儲能設備的應用提供了新選擇。這一研究為多元微量元素的選擇建立了可遵循的設計規律，讓材料研發從依靠經驗“試”轉變為“有目標地選”，為高性能鋰離子電池正極材料以及其他功能材料的精準設計提供了新思路。