京都大學與美國史丹佛大學、奧克里奇國家實驗室(ORNL)等組成的國際共同研究團隊，成功證實在層狀氧化物「Li₄FeSbO₆」中可透過Fe³⁺與Fe⁵⁺之間的氧化還原反應，實現鋰離子的可逆嵌入與脫嵌，且運作電壓可達4.2 V。此項研究成果顯示，利用價格低廉的鐵元素，亦可望開發出高性能的鋰離子電池材料。
鋰離子電池目前廣泛應用於電動車、智慧型手機等用途，市場需求持續擴大。然而如何在抑制材料成本的同時提升電池性能，仍是電池材料開發的重要課題。近年來，含鐵的磷酸鐵鋰(LiFePO₄)為備受矚目的正極氧化物材料之一，但其透過Fe²⁺與Fe³⁺之間的氧化還原反應，工作電壓僅有2.8 V~3.5 V，限制了能量密度的提升。
此次研究團隊以「Li₄FeSbO₆」作為正極材料，並精密控制其中鋰與鐵離子的排列結構。結果顯示，透過Fe³⁺與Fe⁵⁺之間的氧化還原反應，Li₄FeSbO₆與Li₂FeSbO₆之間能夠進行可逆的鋰離子脫嵌與插入，電容量達165 mA·h/g，運作電壓較以往材料大幅提高。
研究同時發現，Fe³⁺/Fe⁵⁺反應的可逆性與晶體中Li與Fe離子的有序排列度密切相關。若離子排列度高，Fe在脫鋰狀態(Li₂Fe⁵⁺SbO₆)下的3d軌道與氧的2p軌道之間形成強烈的軌道混成，使Fe⁵⁺態得以穩定；反之，若陽離子排列混亂，Fe離子彼此相鄰，易促使氧形成二聚體，使Fe⁵⁺態呈現不穩定。
根據這些結果，研究團隊確認若將結晶構造設計為Fe離子不相鄰，就能穩定且可逆地進行高價態Fe離子的氧化還原反應。今後團隊將著手製作實際電池元件，進行性能驗證，同時針對具相似結晶構造的化合物，推動更高性能正極材料的開發。