近日，美國麻省理工大學(MIT)和布魯克海文國家實驗室共同研發(fā)出一種鋰離子電池的陰極材料。該科研小組負責人GerbrandCeder博士表示：“與傳統(tǒng)鋰離子電池相比，這種陰極材料是由無序的鋰化合物構(gòu)成，比有序結(jié)構(gòu)的陰極材料性能更好。這種鋰化合物（lithiummolybdenumchromiumoxide，LMCO)為尋找更好的電池材料指明一種新的研究方向，而這種材料在之前的研究過程中被忽略了。”

上:傳統(tǒng)分層陰極材料(鋰+過渡金屬)下:MIT的無序結(jié)構(gòu)材料

在鋰離子電池充電過程中，鋰離子移出電池陰極，隨著電量消耗流向陽極。離子在電池陰陽極之間的來回移動引起電極材料收縮和膨脹，久而久之發(fā)生裂紋和性能衰退。目前，電池陰極一般由有序的晶體材料制成，有時是鋰和過渡金屬氧化物交替的條紋層結(jié)構(gòu)。當有序結(jié)構(gòu)發(fā)生些許偏離，電池效率就會逐漸降低。因此，科研人員大多數(shù)都忽略通過研究無序結(jié)構(gòu)材料來提高電池性能。

過去，科研人員認為，有必要通過分層結(jié)構(gòu)為鋰離子供應進出電池陰極的路徑，而不會碰到過渡金屬氧化物層，即一個“專屬通道”。再則，Cedar博士補充道：“無序結(jié)構(gòu)一般會大幅降低鋰離子的移動性，而高性能的充電電池要求離子移動性高。”

MIT發(fā)現(xiàn)，通過把計算機模擬和實驗室結(jié)合，生成的新無序結(jié)構(gòu)可以大大提高電池陰極的性能。

無序結(jié)構(gòu)材料的儲能容量和循環(huán)次數(shù)

存在大量過剩鋰的無序結(jié)構(gòu)材料會生成不規(guī)則路徑，可作為鋰離子移動的有效路徑。這種材料有一個額外的好處：鋰離子可以像在層狀結(jié)構(gòu)材料中相同通過這些不規(guī)則的路徑，但不會導致材料變形。

相關(guān)研究論文發(fā)表在《科學》上，該研究得到博世公司、三星、優(yōu)美科以及美國能源部的贊助。