莱斯大学在阴极中添加反位缺陷 提升电池充放电速率

据外媒报道，美国莱斯大学布朗工程学院（RiceUniversitysBrownSchoolofEngineering）的科学家发现，在磷酸铁锂阴极的晶格中放置特定缺陷，能够拓宽锂离子行进的通道。他们的理论计算表明，此种电池的性能能够提升两个数量级，并为改进其他电池指明了方向。

此类缺陷称为反位缺陷（antisites），是原子被放置在晶格中的错误位置时形成的，例如，当铁原子被放置在理应由锂占据的位置时。反位缺陷会阻碍锂在晶格中移动，通常被认为会对电池性能造成伤害。

不过，在磷酸铁锂电池中，莱斯大学研究人员发现，在阴极中制造很多弯路，让锂离子能够通过更宽的表面到达反应前锋，有利于改善电池的充放电速率。

莱斯大学材料科学家MingTang表示，磷酸铁锂被广泛用作锂电池的阴极材料，而且也是一个很好的模型系统，以用于研究电池循环过程背后的物理学知识。

材料科学和纳米工程助理教授Tang表示，在锂离子插入的过程中，阴极会从贫锂状态变为富锂状态。当阴极表面反应速率非常缓慢时，锂只能在相界附近狭窄表面区域（通道）内插入到磷酸铁锂中，从而会限制电池的充电速度。不过，反位缺陷能够让锂更均匀地插入到表面，而边界就会移动得更快，电池充电速度也会更快。假如通过施加大电压让无缺陷的阴极快速充电，就会在电池表面局部造成很高的锂通量，可能会对阴极造成伤害，而利用缺陷能够将锂通量扩散到整个阴极表面。

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充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%

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对该材料进行热处理，即只加热不燃烧，能够控制缺陷的浓度。Tang表示，此种缺陷能够实现更大的阴极粒子，比纳米晶体更大，可帮助提升电池的能量密度，减少阴极表面退化。（文中图片来自莱斯大学）