盖世汽车讯 如果电池能随着使用时间的推移变得更强，会怎样呢？就像美酒会随陈酿而愈发醇厚一样。据外媒报道，由浦项科技大学（POSTECH）电池工程系的Jihyun Hong教授及其团队成员Gukhyeon Lim博士，以及同校电池工程系暨材料科学与工程系的Kyu-Young Park教授及其团队成员、博士生Hojun Lee所组成的研究小组揭示了一种电池材料的内在机制，提出了一种新策略，能够将锰基正极材料传统上被视为“弱点”的特性，转化为潜在的性能优势。该材料在经过反复充放电后，反而能展现出更大的可用容量。

图片来源：浦项科技大学

其中锰基正极材料被视为下一代电动汽车电池极具潜力的候选材料。相关研究成果已发表在期刊《Energy & Environmental Science》上。

成本降低，性能持续衰减

电动汽车行业正积极寻求具有成本效益的下一代电池材料。其中，富锂锰基层状氧化物（LMRO）正极材料被视为最具潜力的候选者之一。

与传统的镍基正极材料相比，LMRO 所需的镍和钴较少，且能量存储能力高出约 20%。这使其极具吸引力，有望助力开发出成本更低、续航里程更长的电池。

然而，LMRO 存在一个关键缺陷：在反复充放电过程中，其容量会逐渐衰减，工作电压也会随之下降。既往研究在探究其成因时，对正极内部最终形成的结构给出了不同的结论，导致这些结构变化背后的根本机制至今尚未明确。

氧流失导致结构无序化

POSTECH的研究团队考察了正极内部结构在数百次充放电循环中的演变过程。起初，锂原子和过渡金属原子整齐地排列在各自的层中，就像砖块有序地堆砌成墙一样。然而，随着充放电的进行，一些起到稳定框架作用的氧原子会逐渐从材料中逸出。这好比一个原本井井有条的抽屉，里面的物品随着时间推移变得杂乱无章。

随着这些氧原子的流失，锂原子和过渡金属原子开始跨越原本的层界发生迁移，并相互混杂。最终，这种高度有序的层状结构转变为无序的岩盐结构；在这种结构中，阳离子不再遵循原有的长程有序排列。

研究人员发现，材料中氧的流失量是决定其内部结构无序化程度的关键诱因。他们进一步证明，氧的流失可以通过电池的充电深度——即充电电压的高低——来加以调控。充电越深，氧的流失就越多；由此产生的氧空位不断累积，进而引发了正极内部的结构重排。

将无序转化为可用容量

最令人惊讶的发现出现在后续阶段。通常，氧流失会被视为电池性能衰退的明确信号。然而，随着正极材料变得无序并转化为一种新结构，锂离子迁移的额外通道随之产生，进而提升了电池的可用容量。

通过精确调控氧流失程度及其所引发的结构演变，研究人员证明，该正极材料在经历超过200次充放电循环后，仍能保持初始性能的98.4%，展现出了优异的长期耐用性。

在电池材料中，结构无序化传统上被视为一种应予避免的不良老化现象。然而，本研究表明，若能对这种结构演变进行精确调控，它反而可以成为提升电池性能的一种设计工具。

Hong 指出：“从工业应用的角度来看，我们的研究显示，只需控制运行温度和表面环境等参数，便可延缓电池衰退，从而延长其使用寿命。通过调控氧流失，进而促进或抑制结构无序化，我们或许能够设计出针对不同应用场景进行优化的下一代电动汽车电池。”