研究发现：“有缺陷”竟能提升锂电池性能？

人们都喜欢完美，但出人意料的是，有时有缺憾反而会更好。

近日，莱斯大学(Rice University)布朗工程学院(Brown School of Engineering)的科学家们发现，在磷酸铁锂阴极的晶格中放置特定缺陷，可以拓宽锂离子的通道。

他们的理论计算可以提高两个数量级的性能，并为其他类型电池的类似改进指明方向。

这些缺陷被称为反位，是当原子被放置在晶格的错误位置时形成的——也就是说，当铁原子位于锂应该占据的位置时。

反位缺陷阻碍锂在晶格内的移动，通常被认为对电池性能有害。

然而，以磷酸铁锂为例，研究人员发现它们在阴极内部制造了许多弯路，使锂离子能够在更宽的表面到达反应前沿，这有助于提高锂离子电池的充放电率。

这项研究发表在自然杂志《计算材料》(Computational Materials)上。

“如果没有缺陷，锂只能进入相位边界附近的这个小区域，”材料科学和纳米工程助理教授Tang说。

“然而，反位缺陷可以使锂离子在锂离子表面上的插入更加均匀，因此锂离子界面移动更快，电池充电也更快。”

他说:“如果你施加一个大电压，迫使没有缺陷的阴极快速充电，那么在阴极表面就会有一个非常高的局部锂通量，这可能会对阴极造成损害。”

“对于像钢铁和陶瓷这样的结构材料，人们一直在利用缺陷来使材料更坚固，”他说，“但我们还没有过多地讨论利用缺陷来制造更好的电池材料。”