奧地利格拉茲科技大學(TU Graz)成功地準確觀察了磷酸鐵鋰正極中容量損失發生的狀態。由於實際磷酸鐵鋰電池的容量比理論蓄電容量最大減少達25%,故此項研究將可望有助於電池材料的進一步改良。
TU Graz以充電電池與放電電池的電極製作了材料樣本,並使用該大學的原子解析掃描透射電子顯微鏡(Austrian Scanning Transmission Electron Microscope;ASTEM)進行了分析。研究團隊將電子能量損失光譜結合電子繞射測量、原子級成像,系統性地追蹤鋰離子在電池材料中的移動,並以前所未有的解析度映射(Mapping)磷酸鐵正極晶格內鋰離子的排列配置,準確地將結晶中的鋰離子分佈予以定量化。
研究中發現,即使測試的電池為充滿電的狀態,一些鋰離子未移動到負極而仍停留在正極晶格中。這些靜止的鋰離子導致了容量下降。未移動的鋰離子在正極內呈現不均勻分佈,研究團隊也精確地特定出不同鋰濃度的區域,並成功地以數nm單位進行了分離。藉此也確認這些區域的晶格會發生扭曲或變形。
此項研究結果將可望成為進一步提高電池容量的重要線索。此外,研究中所獲得之離子擴散相關知識與開發的方法只須進行微調即可應用於其他電池材料,藉此將可更準確地評估電池材料的性能,投入更進一步的開發。