無論是否拿諾獎，鋰電池都已經成為日產生活所必不可少的產品。尤其是在電動汽車領域，鋰電池正在發揮越來越多的作用。今日，Science雜志連續上線2篇文章，介紹了鋰電池最新進展。
一篇文章是研究進展，來自于美國布魯克哈文國家實驗室FengWang和加州大學伯克利分校Gerbrand Ceder團隊，報道了鋰電池快充領域獨樹一幟的鈦酸鋰負極快充的異常原理；另一篇是展望，來自于美國阿貢國家實驗室Jun Lu和加拿大滑鐵盧大學Matthew Li，介紹了鋰離子電池中Co的獨特作用與減量化研究進展。
1. Science：揭示鈦酸鋰快充動力學機制
在能夠實現快充的鋰電池中，鋰和負極一般會形成固溶體，在這種情況下幾乎沒有動力學勢壘，通過固溶體轉化可以連續容納鋰，離子擴散是唯一的限制因素。
但是，鈦酸鋰（Li4Ti5O12）負極卻是一個例外。
在鈦酸鋰負極中，鋰離子與兩相相互作用，擴散都很緩慢，但仍具有高速率能力。這種奇異的行為，引起了科學家的關注，可能為開發全新的快充電池打開新的局面。
有鑒于此，美國布魯克哈文國家實驗室Feng Wang和加州大學伯克利分校Gerbrand Ceder團隊使用電子能量損失譜結合密度泛函理論計算探究了這種異常的Li+遷移行為。
他們發現，在初始的Li4Ti5O12和最后的Li7Ti5O12材料之間，形成了擴散界面，沿兩相界面的亞穩態中間體中變形的Li多面體動力學路徑，確保Li4+xTi5O12的快速遷移，這是鋰離子能夠快速傳播的關鍵因素。
這項研究為尋找高速率電極材料提供了新的方向。
2. Science：鋰離子電池中的鈷
LCO曾在鋰離子電池中光伏應用，賦予鋰電池高導電率和穩定的結構。考慮到Co在非洲的開采方式不那么豐富，價格也更高，而且存在政治倫理問題，現在已經開始用鎳和錳取代Co，開發成本更低的正極材料。
目前，大多數鋰離子電池使用的正極材料都是NCA和NMC兩種，在此之中，Co可以確保高速率性能，并在一定程度上增強循環穩定性。如何在保證電池性能的前提下，進一步降低甚至不使用Co，以進一步降低成本，是當今鋰離子電池領域關注的一個現實問題。
有鑒于此，美國阿貢國家實驗室Jun Lu和加拿大滑鐵盧大學Matthew Li介紹了鋰離子電池中Co的獨特作用與減量化研究進展。
文章首先概述了Co在NCA和NMC中的獨特作用和重要優勢：添加Co提高LNO的穩定性。可以合理降低Co的含量，但是不可能完全消除。
其次，文化介紹了使用其他Ti等其他金屬替代Co，取得可接受的性能的重要進展。但是其他金屬往往會限制鋰鎳混合，導致動力學性能下降和容量降低。
作者指出，要確定新型正極材料的最佳組成，需要進行大量嚴格的實驗對比，機器學習可能會帶來新的思路。而是否要完全避免使用Co，這也取決于未來鈷礦和鈷回收領域的市場。
參考文獻：
1. Wei Zhang et al. Kinetic pathways ofionic transport in fast-charging lithium titanate. Science 2020, 367, 1030-1034.
https://science.sciencemag.org/content/367/6481/1030
2. Matthew Li, Jun Lu et al. Cobalt inlithium-ion batteries. Science 2020, 367, 979-980.
https://science.sciencemag.org/content/367/6481/979
