“研究小组发现 防止氧气释放可使高能量密度电池更安全”

世界汽车新闻在实现联合国可持续快速发展目标和碳中和目标的过程中，能够储存越来越多能源的新一代电池至关重要。 但是，能量密度越高，热失控的可能性越大。 如果电池过热，电池也有可能爆炸。 据外国媒体报道，日本东北大学( tohoku university )和日本同步辐射研究所)的研究人员对锂离子电池中的氧气释放有了新的发现，为更强大、更安全的高能密度电池铺平了道路。

(照片来源:东北大学)

正极活性物质释放氧气会触发热失控，但人类对这个过程还没有完全了解。 研究了锂离子电池LiNi1/3co1/3Mn1/3O2(NCM111 )正极材料的氧释放和相关结构的变化。 ncm111可以通过库仑滴定( coulometric titration )和x射线衍射制成模型氧化物类电池材料。

研究表明，ncm111可接受的放氧浓度为5摩尔%，不会被分解，也不会因放氧而引起结构无序，即锂和镍的交换。 氧释放后，过渡金属( ncm111中的镍、钴、锰)减少，这些金属在材料中保持平衡电荷的能力下降。

为了判断这一点，该研究小组在日本jasri运营的大型同步加速器辐射设施bl27su spring-8中采用了软x射线吸收光谱。 注意到在氧气释放开始阶段，ncm111发生了选择性ni3+还原。 ni还原完成后，co3+的含量减少，但mn4+在浓度5 mol%的氧气释放期间没有变化。

这篇论文的作者takashi nakamura说:“还原行动表明高价的Ni(Ni3+ )大大增强了氧气的释放。” 为了验证这个假设，nakamura及其同事制作了比原始ncm111包含越来越多的ni3+的改良ncm111。 结果表明，ncm111远远超出预期，氧气不断释放。

基于此，该研究小组提出了高价过渡金属会使氧化物类电池材料中的晶格氧不稳定的方案。 nakamura先生说:“这次的发现将有助于开发由过渡金属氧化物构成的高能量密度和强力的下一代电池。”