钨掺杂：高镍正极材料实现容量与寿命双重飞跃

在锂离子电池技术日新月异的今天，正极材料的性能优化成为提升电池整体性能的关键。清华大学深圳国际研究生院与北京工业大学的研究团队，通过一项创新的微观结构工程策略，成功在高镍正极材料中引入了钨（W）元素，实现了材料容量与寿命的双重飞跃，为锂离子电池技术的发展开辟了新篇章。

高镍层状氧化物（NRLO）因其高理论容量和高工作电压，在电动汽车和大规模能量存储系统中展现出巨大潜力。然而，传统的NRLOs材料在提高比能量方面面临诸多挑战：一是增加镍含量虽然能提升容量，但是镍含量过高易导致晶格不稳定性，进而降低电池的安全性；二是提高截止电压虽能提取更多锂离子，却会触发多相变，损害材料结构。在此背景下，研究团队另辟蹊径，通过引入钨元素，实现了对NRLOs微观结构的精细调控。

钨是一种过渡金属元素，在元素周期表中第六周期的VIB族。钨在自然界主要呈六价阳离子，其离子半径为0.68×10-10m。由于W6+离子半径小，电价高，极化能力强，易形成络阴离子，因此钨主要以络阴离子的形式[WO4]2-存在。

研究表明，钨元素的引入显著改变了NRLOs的微观结构。首先，钨的掺杂促进了具有一致自旋结构的尖晶石孪晶界的形成，这一结构创新有效降低了锂离子的扩散势垒，使得锂离子在材料中的传输更为顺畅，从而实现了更深层次的相变反应，提高了材料的容量利用率。其次，在正极材料的表面和晶界处，钨的引入形成了致密且均匀的LiWxOy相，这层保护膜不仅有效阻止了电解液对材料的侵蚀，还显著延长了电池的循环寿命。

实验数据显示，钨元素的引入使得高镍层状氧化物正极材料在首次循环中的可逆容量增加了14 mAh/g，这一显著提升直接反映了材料结构优化的成效。更重要的是，通过微观结构的精细调控，该材料在保持高容量的同时，也展现出了优异的循环稳定性。在200个循环后，材料依然能够保持较高的可逆容量，证明了其在实际应用中的巨大潜力。

该研究成果已以“Unraveling Mechanism for Microstructure Engineering toward High-Capacity Nickel-Rich Cathode Materials”为题发表在wiley online library上。

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