一組國際研究人員發現了一種延長鋰離子（Li-ion）電池壽命的方法，通過抑制在富鎳（Ni-rich）陰極中稱為 c-collapse 的有害結構失效。該方法旨在穩定高能量的富鎳陰極，由加州史丹福大學運營的 SLAC 國家加速器實驗室和韓國科學技術院（KIST）的科學家們共同開發。鋰離子電池是智能手機、筆記本電腦、電動車（EV）及電網規模儲能系統的動力來源，但反覆的充放電會逐漸消耗它們的壽命。鋰離子在進出陰極時產生的內部應力是造成這一現象的主要原因之一。
在高電壓下，分層陰極材料可能會沿著一個晶體方向突然收縮，這個現象被稱為 c-lattice 參數。這種收縮或 c-collapse 會導致顆粒開裂、離子通道中斷，並縮短電池壽命。為了解決這個問題，研究團隊重新思考了傳統的電池設計。他們不再追求完美有序的晶體結構，而是利用電化學激活過程故意引入受控的原子無序。
研究報告的共同第一作者江哲龍在接受 Tech Xplore 訪問時表示，長期以來人們已經認識到，分層陰極中的各向異性應變是限制鋰離子電池壽命的根本原因。通過仔細調整鎳、錳和鋰原子在早期電池循環中的重排，他們將傳統的分層富鎳陰極轉變為無序分層（DL）結構。江表示，我們在這些材料中產生了一種新的不完美晶體結構，稱為無序分層陰極（DL），而這一不完美的結構實際上帶來了巨大的優勢。
基於這種結構的鋰離子電池被發現能夠在不減少能量容量的情況下，展現出高容量和長循環壽命，這是因為缺乏各向異性應變。團隊使用了一種高能量的富鎳材料 LiNi₀.₉Mn₀.₁O₂ 來展示這一方法，這種材料與目前商用電池中使用的陰極密切相關。
在電池重複充放電的過程中，改性陰極的電池保持了高容量，同時顯示出改善的結構穩定性。研究團隊解釋，無序分層結構在鋰離子移動時保持了尺寸穩定，從而防止了在高充電狀態下通常發生的急劇晶格收縮。江指出，我們報告中的突破源於團隊對鋰離子陰極中陰離子氧化還原效應的累積知識。
根據團隊的說法，這種新方法減少了內部應變，限制了顆粒開裂，並抑制了電壓損失。電化學激活方法可以在電池形成過程中應用，使其與大規模製造相容。江表示，我們認為這只是冰山一角，期待在電化學處理後，會出現許多不同模式的晶體缺陷材料。他補充說，團隊希望能夠更全面地理解化學成分、結構變化動力學及結構缺陷之間的相互作用。該研究已發表在《Nature Energy》期刊上。
