1月17日，東北大學宣布，由該大學先進材料多學科研究所和名古屋工業大學組成的聯合研究團隊開發出了一種不含稀有金屬的新型鋰離子電池正極材料。它與現有的鐵基正極材料相比，容量翻了一番。

研究背景

鈷和鎳等稀有金屬常用于鋰離子電池的正極以及安裝在電動汽車和混合動力汽車上的其他設備。在全球蓄電池市場快速擴張的同時，由于稀有金屬生產國和精煉廠在少數國家分布不均，因此供應鏈風險擔憂加劇。目前使用廉價鐵的磷酸鐵鋰（LiFePO₄）已作為避免資源風險的正極材料投入實際使用，但它仍存在能量密度低的問題。為了滿足對高能量的需求，開發不含稀有金屬且具有高能量密度的新型正極材料是業界的重要發展方向。

研究進展

理論上，反螢石型鋰鐵氧化物(Li₅FeO₄ )在實際應用中除了LiFePO₄正極中使用的鐵的氧化還原反應外，還可以利用氧的氧化還原反應，因此它有望展現出比磷酸鐵鋰正極高出一倍以上的容量。但由于直到目前氧的氧化還原反應還不能得到充分利用，因此它最終只能展現出與LiFePO₄正極大致相同的容量。為此，科學家開始研究如何改進這種材料以發揮它的全部潛力。

反螢石型鋰鐵氧化物 Li5FeO4 的晶體結構（左）和本研究中的亞穩相（右）。紅色、黃綠色和棕色球體分別代表氧、鋰和鐵原子。亞穩相形成逆螢石結構，其中每個原子的位置等價排列。

由東北大學尖端材料多學科研究所講師Hiroaki Kobayashi和Itaru Honma教授以及名古屋工業大學工學研究科教授Masanobu Nakayama領導的研究小組開發了一種新的無稀有金屬、使用廉價的鐵和氧的高能鋰離子電池正極材料開發成功。在這項研究中，他們通過機械合金化使Li₅FeO₄亞穩定化，同時可以利用迄今為止未被充分利用的鐵和氧的氧化還原反應，實現了超過300mAh/g的可逆容量。通過使用可規避供應鏈風險的單質資源，有望降低鋰離子電池的成本，提高能量密度。

目前，該成果于2023年1月15日在線發表于美國主要學術出版公司Wiley Advanced Energy Materials。

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