无钴单晶高镍正极实现容量与循环稳定性的平衡：微量钴掺杂非必需

本研究针对镍富集层状氧化物正极中微量钴的作用争议，通过对比无钴单晶LiNi0.88Mn0.12O2 (NM88)与含钴LiNi0.83Co0.05Mn0.12O2 (NCM83)的性能，发现5%钴虽可提升初始容量但引发不可逆表面重构与镍溶出，而无钴单晶正极展现出更优循环稳定性，为低成本高稳定性锂离子电池开发提供新方向。

　　

在锂离子电池领域，钴一直是镍富集层状氧化物正极（Ni-rich layered oxide cathodes）的关键组分，但微量钴的实际作用长期存在争议。这项研究创新性地提出了一种无钴单晶正极材料LiNi_0.88Mn_0.12O₂（简称NM88），并通过与含5%钴的LiNi_0.83Co_0.05Mn_0.12O₂（NCM83）对比，揭示了钴元素的双重角色。

实验表明，NCM83中微量钴会提前触发相变（phase transition），使其在相同截止电压下释放更高初始容量，但对锂离子扩散（Li-ion diffusion）速率无显著影响。然而这种容量提升伴随严重代价：含钴正极经历不可逆的表面重构（surface reconstruction），导致Ni⁴⁺被还原、溶解并沉积，加速容量衰减。有趣的是，氧化态变化主要由镍离子主导而非钴，这揭示了含钴正极容量提升的本质代价。

相比之下，无钴单晶NM88虽初始容量略低，却展现出卓越的循环稳定性与更高容量保持率（capacity retention）。该工作不仅阐明了微量钴在单晶正极中的作用机制，更为开发高稳定性、低成本的钴free单晶正极材料指明了新路径。