2026 年 10 月 27 日
韩国浦项科技大学（POSTECH）的一个研究团队发现，通过精确控制电动汽车电池阴极材料中的氧气释放，可以将传统上被视为导致性能衰退的结构无序转化为提升能量密度和延长循环寿命的优势。这一突破有望解决下一代高容量电池材料长期存在的稳定性难题。
低成本与高性能的平衡挑战
当前电动汽车行业正致力于寻找能够与中国制造的磷酸铁锂（LFP）电池竞争的高性价比替代方案。其中，富含锂、锰和镍的层状氧化物（LMRO）阴极因其显著优势而备受关注：它使用更廉价的锰元素，同时相比传统的钴基阴极材料能储存约 20% 更多的能量，从而在降低成本的同时提供更长的续航里程。
然而，LMRO 材料存在一个关键缺陷。随着反复充放电，其容量和操作电压会逐渐下降。尽管此前已有研究指出阴极内部结构发生了变化，但未能阐明这些变化的根本机制。
氧气损失引发结构重组
由 POSTECH 电池工程系的洪智贤（Jihyun Hong）教授、林国贤（Gukhyeon Lim）博士，以及电池工程系兼材料科学与工程系的朴奎永（Kyu-Young Park）教授、博士生李浩俊（Hojun Lee）组成的联合团队，深入探究了数百个充放电周期中阴极内部结构的演变过程。
研究发现，初始状态下，过渡金属原子整齐地排列成不同的层。但随着充电进行，部分用于稳定框架的氧原子逐渐从材料中脱离。这种类似“抽屉”内容物逐渐混乱的过程，导致过渡金属原子穿过原始层级并相互混合。最终，高度有序的分层结构转变为无序的岩盐结构，锂离子不再遵循原有的远程排序规律。
研究人员确定，材料中损失的氧气量是决定内部结构恶化程度的关键触发因素。此外，氧气损失可以通过充电深度（即充电电压升高程度）来控制：更深的充电会导致更大的氧气损失，进而使产生的氧空位逐渐积累，引发阴极内部的结构重组。
将“混乱”转化为可用能力
该研究最引人注目的发现在于对氧气损失后果的重新定义。通常，氧气损失被视为电池退化的明确迹象。然而，当阴极变得无序并转化为新结构时，实际上产生了额外的锂离子移动路径，从而增加了可用产能。
通过仔细调控氧气损失的程度及由此引发的结构演变，研究团队证明正极材料在经过 200 多次充放电循环后，仍能保持 98.4% 的初始性能，展现出优异的长期耐用性。
这项研究表明，当结构进化得到精确控制时，原本被视为不良老化现象的材料结构障碍可以转变为改善电池性能的设计工具。
洪智贤教授表示：“从工业角度来看，我们的研究表明，通过控制操作温度和表面环境等参数，可以延迟电池的退化并延长电池寿命。”他补充道：“通过调节氧气损失，从而促进或抑制结构障碍，我们可以为不同应用优化设计下一代电动汽车电池。”
共同作者朴奎永教授指出：“通过将精确的材料特征与计算材料科学相结合，我们解决了近 20 年来一直未解决的问题。POSTECH 电池工程系内的协作研究环境，特别是专业研究生院计划鼓励研究人员之间的互动和合作，在促成这项工作方面发挥了决定性作用。”
相关研究成果已发表在《能源与环境科学》期刊上，论文题为《In Li-rich layered oxides: A unified framework for the evolution of sequential structural changes dependent on oxygen release pathways》，DOI: 10.1039/d6ee03906e。
