“消失的电池？”…打乱原子排列后电池初期能量损失降至0.6%

by Kim Suro

Published 12 Mar.2026 08:22(KST)

UNIST·PAL·KAIST开发降低能量损失的富锂层状氧化物正极材料

无序层状原子排布抑制层间滑移效应…刊登于ACS Energy Lett.

已经开发出一项能够解决下一代电池正极材料“富锂层状氧化物”结构崩塌问题的技术。

通过去除降低电池能量效率并缩短寿命的因素，预计利用富锂层状氧化物正极材料开发高能量密度电池的进程将加快。

蔚山科学技术院（UNIST）能源化学工程系 Lee Hyeonuk 教授、浦项加速器研究所 Jung Younghwa 博士与韩国科学技术院（KAIST） Seo Donghwa 教授团队12日表示，他们通过有意设计原子排布的无序结构以抑制结构崩塌，成功开发出一种解决能量效率下降问题的富锂层状氧化物正极材料。

研究团队，（自左起）Professor Lee Hyeonuk，研究员 Choi Myeongjun，研究员 Seo Jeongwoo。UNIST 提供

富锂层状氧化物与仅有金属参与反应的一般电池不同，连氧也参与反应，因此是一种能够大幅提升电池容量的下一代材料，但在此过程中产生的连锁式结构崩塌一直是顽疾。由于结构变形，首次充放电时电压差与能量损失大幅增加，且随着充放电反复进行，电压逐渐下降，最终导致电池寿命终结。

研究团队通过使金属原子排列呈不规则混合的方式，开发出了这种抑制结构崩塌的富锂层状氧化物。不规则排列反而阻止了首次充电时整个层状结构一次性滑移的现象，并将物理应力均匀分散，从而维持了作为结构骨架的过渡金属与氧之间的键合。这一原理通过密度泛函理论（DFT）计算以及浦项加速器研究所的先进同步辐射加速器分析实现了交叉验证。

该电极的性能评估结果显示，首次充电与放电电压之间的差值降至0.31伏，为现有材料的一半水平，初始能量损失仅为0.6%。相反，原子排列规则的现有材料，其首次充电电压与放电电压差值扩大到2倍，有25.8%的能量损失。充电电压与放电电压差值越大，能量损失越大。

此外，在随后的反复充放电过程中出现的电压下降速度也降至原来的十分之一水平，经过160次充放电后仍保持了初始能量的98%。

第一作者 Choi Myeongjun 研究员表示：“这是利用原本被视为缺陷的原子排列无序性，反向实现结构稳定性的研究思路”，并解释称：“这一通用方法并不限于特定组成，可应用于多种富锂层状氧化物正极材料。”