研究發(fā)現(xiàn)：“有缺陷”竟能提升鋰電池性能？

人們都喜歡完美，但出人意料的是，有時(shí)有缺憾反而會(huì)更好。

近日，萊斯大學(xué)(Rice University)布朗工程學(xué)院(Brown School of Engineering)的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，在磷酸鐵鋰陰極的晶格中放置特定缺陷，可以拓寬鋰離子的通道。

他們的理論計(jì)算可以提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)的性能，并為其他類型電池的類似改進(jìn)指明方向。

這些缺陷被稱為反位，是當(dāng)原子被放置在晶格的錯(cuò)誤位置時(shí)形成的——也就是說(shuō)，當(dāng)鐵原子位于鋰應(yīng)該占據(jù)的位置時(shí)。

反位缺陷阻礙鋰在晶格內(nèi)的移動(dòng)，通常被認(rèn)為對(duì)電池性能有害。

然而，以磷酸鐵鋰為例，研究人員發(fā)現(xiàn)它們?cè)陉帢O內(nèi)部制造了許多彎路，使鋰離子能夠在更寬的表面到達(dá)反應(yīng)前沿，這有助于提高鋰離子電池的充放電率。

這項(xiàng)研究發(fā)表在自然雜志《計(jì)算材料》(Computational Materials)上。

“如果沒(méi)有缺陷，鋰只能進(jìn)入相位邊界附近的這個(gè)小區(qū)域，”材料科學(xué)和納米工程助理教授Tang說(shuō)。

“然而，反位缺陷可以使鋰離子在鋰離子表面上的插入更加均勻，因此鋰離子界面移動(dòng)更快，電池充電也更快。”

他說(shuō):“如果你施加一個(gè)大電壓，迫使沒(méi)有缺陷的陰極快速充電，那么在陰極表面就會(huì)有一個(gè)非常高的局部鋰通量，這可能會(huì)對(duì)陰極造成損害。”

“對(duì)于像鋼鐵和陶瓷這樣的結(jié)構(gòu)材料，人們一直在利用缺陷來(lái)使材料更堅(jiān)固，”他說(shuō)，“但我們還沒(méi)有過(guò)多地討論利用缺陷來(lái)制造更好的電池材料。”