盖世汽车讯 富锂正极材料是下一代电池极具潜力的候选材料，因为与目前电动汽车和电子设备中使用的材料相比，它们能够存储更多的电荷。由于正极容量是决定电池储能大小的关键因素，富锂材料有望最终实现更高能量密度的电池，从而让手机、笔记本电脑和电动汽车在单次充电后拥有更长的续航时间。

然而，富锂正极材料长期以来一直面临一个难题。在充放电过程中，镍、锰等过渡金属离子可能会偏离其在晶体结构中的原始位置。这些迁移的离子会阻碍锂离子的传输路径，减缓锂离子的移动，并导致电池在反复循环过程中出现不可逆的性能衰减。为了解决这一问题，科学家们大多尝试通过保持正极材料中晶体结构的有序性来应对——他们认为，这种有序排列能为锂离子提供更畅通的移动路径。但如果采取截然相反的思路，效果会不会更好呢？

图片来源：韩巴大学

据外媒报道，在发表于《储能材料》（Energy Storage Materials）期刊上的一项最新研究中，由韩巴大学（Hanbat National University）材料科学与工程系Kyojin Ku教授领导的研究团队，通过人为破坏富锂正极材料的原子结构，对这一问题进行了探讨。

研究团队聚焦于Li1.2Ni0.4Mn0.4O2——一种镍锰组分材料，该材料无需使用钴等昂贵金属。在常规状态下，这种组分会形成规整的层状结构，其中锂离子与过渡金属离子（镍和锰）分别位于不同的平面上。为了获得所需的无序结构，研究人员采用了高能球磨法，所用的起始原料为两种结构相容的层状材料。这种机械化学过程打乱了阳离子的排列方式，形成了一种锂离子与过渡金属离子分布更为随机的晶体结构。Ku教授表示：“据我们所知，这是首次制备出此类组分的无序结构。”

通过将无序材料与其有序对应物进行对比，研究人员发现，无序材料表现出更对称的充放电行为，具有更高的容量，且在高电流下性能更佳。此外，它运行稳定，在经过50次循环后仍能保持约90%的初始容量，且电压未见衰减。

深入的理论与计算分析揭示了上述性能提升的原因。Ku教授解释道：“通过人为地将原子打乱，使其形成无序的岩盐结构，我们将锂离子的迁移与过渡金属的不利移动分离开来。锂离子依然能够通过相互连通的开放通道高效迁移，而过渡金属则被有效地固定在原位，无法再阻碍这些通道。”

总的来说，这些研究结果为开发更高能量密度的正极材料提供了一种创新且卓有成效的途径。Ku教授总结道：“我们证明了阳离子无序（cation disorder）可以作为一种经过精心设计的工程手段，用来解决长期以来阻碍一整类高能电池材料发展的问题。如果这一原理能得到进一步深化，将有助于推动富锂正极材料迈向实际商业应用，从而为电动汽车和储能系统实现更长续航的电池铺平道路。”