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几十年来，研究人员一直在寻找从为电子设备提供动力的高性能电池中消除钴的方法，因为钴的成本很高。但过去的尝试并没有达到含钴电池的性能标准。
来自德克萨斯大学奥斯汀分校科克雷尔工程学院的研究人员表示，他们已经破解了不含钴的高能锂离子电池的密码，消除了钴，为降低电池生产成本打开了大门，同时在某些方面提升了性能。该团队报告了一类新的阴极，由高镍含量锚定。他们研究中的阴极是89%的镍。锰和铝构成了其他关键元素。
电池中镍含量越高，意味着它可以储存更多的能量。增加的能量密度可以导致更长的电池寿命的手机或更大的范围内的电动汽车。
这些发现出现在本月的《AdvancedMaterials》杂志上。该论文由沃克机械工程系教授、德州材料研究所所长ArumugamManthiram、博士生StevenLee和博士毕业生WangdaLi撰写。
通常情况下，能量密度的增加会导致一些折衷，例如更短的循环寿命。消除钴通常会减慢电池的动力学响应，并导致较低的速率能力。然而，研究人员表示，他们已经通过寻找金属的最佳组合并确保其离子的均匀分布，克服了循环寿命短和速率能力差的问题。
大多数锂离子电池的阴极使用金属离子的组合，如镍锰钴（NMC）或镍钴铝（NCA）。阴极可以占到整个电池材料成本的一半左右，其中钴是最贵的元素。其价格约为每吨美元，比镍、锰和铝的总和还要贵，它占大多数锂离子电池阴极的10%至30%。钴是电池阴极中含量最少、价格最贵的成分，Manthiram说。而我们正在彻底消除它。
研究人员取得突破的关键可以在原子水平上找到。在合成过程中，他们能够确保各种金属的离子在阴极的晶体结构中保持均匀分布。Manthiram说，当这些离子聚集在一起时，性能就会下降，而这个问题一直困扰着之前的无钴高性能电池。通过保持离子均匀分布，研究人员能够避免性能损失。
我们的目标是在保持性能和安全性的前提下，只使用丰富且价格低廉的金属来替代钴，Li说，并利用可立即扩展的工业合成工艺。
Manthiram、Li和前博士后研究员EvanErickson与UT的技术商业化办公室合作，成立了一家名为TexPower的初创公司，将该技术推向市场。研究人员获得了美国能源部的资助，该部一直在寻求减少关键电池材料对进口的依赖。
工业界已经开始推动无钴化，尤其是特斯拉为消除电动汽车电池中的钴材料所做的努力。随着大型政府组织和私营公司专注于减少对钴的依赖，这种追求已经变得竞争激烈也就不足为奇了。研究人员表示，他们通过对材料的正确组合和对其分布的精确控制的创新，避免了阻碍其他无钴高能电池尝试的问题。
我们在不牺牲循环寿命的情况下提高了能量密度，降低了成本，Manthiram说。这意味着电动汽车的行驶距离更长，笔记本电脑和手机的电池寿命更好。
论文标题为《HighNickelNMA:ACobaltFreeAlternativetoNMCandNCACathodesforLithiumIonBatteries》。