【鋰離子電池】

鋰離子電池（LIB）發展至今已有40多年的歷史了，主要由John Goodenough，Stanley Whittingham和Akira Yoshino建立，他們在2019年獲得了諾貝爾獎，說明了其對人類的重要性和影響。尤其是在1991年將其商業化之後，已經對其進行了各種可能的研發並增進其效率，耐用性，安全性，便攜性和價格。但是，它還有很長的路要走。

改善LIB能量密度的那些方法之一是透過調控鋰和錳的比例（富Li和富Mn）。例如，像Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O2這樣的化合物的概念。隨著鋰含量的增加，材料的總容量可以增加。隨著錳含量的增加，價格可以大大降低，從而提高了安全性。儘管如此，儘管這類化合物具有高能量密度，但顯示出較差的可循環性，使得它們實際上是處於劣勢的。考量這些方面，我們決定從富Li和富Mn的材料中進行正極材料的設計，同時找到一種方法，透過相對應地調整能帶結構來提高可循環性，因此開發了Li_1.083Ni_0.333Co_0.083Mn_{0 .5}O₂（AS-200）屬於C2 / m空間群的單相正極材料。

透過我們的分析，我們了解到，在低電壓處的電壓衰減是富鋰正極材料中的電量耗盡的主要原因之一，而在我們的實驗結果中，這種電壓衰減的現象可以透過相對應地調整能帶結構得以改善。我們除了以鈕扣電池形式進行的初步測試外，還使用60 mAh軟包全電池來進行測試。在400次充放電循環後，可有205 mAh / g的可逆放電容量，且容量保持率超過85％。此外，有趣的是，我們利用Operando X-Ray繞射和SQUID（超導量子干涉磁量儀）分析AS-200的充/放電行為，我們發現晶格收縮和磁化率密切相關。這更是一種新穎的途徑，透過充放電循環過程中的磁性行為的來診斷電池材料。 c軸晶格收縮增強了離子之間的耦合，使其在低溫下的磁性更強。 SQUID還顯示，AS-200中的單斜晶畸變是由離子尺寸差異和特定自旋排列的強烈耦合作用引起的。

圖一 AS200XRD圖譜與其全電池效能

圖二 AS200不同電壓下磁化率關係圖與不同電壓下之c軸晶格常數關係圖