研究为更强、更安全的高能量密度电池铺平了道路

研究团队获得了锂离子电池中氧气排放的新见解，从而为更安全和更强的高能密度电池奠定了基础。

如果社会要实现联合国的可持续发展目标和实现碳中和，能够储存更多能量的下一代电池被认为是至关重要的。然而，能量密度越高，热失控的可能性就越大——电池过热有时会导致电池爆炸。

阴极活性材料释放的氧是热逃逸的一个原因。然而，人们对这个过程知之甚少。

科学家们托福大学日本同步辐射研究所（Jasri）分析了锂离子电池阴极材料的氧释放行为和相关结构变化_1／3CO._1／3锰_1／3O.₂(NCM111)。NCM111通过x射线衍射和库仑滴定作为氧化物基电池材料的模型。

科学家发现NCM111接受5摩尔％的氧气放电而不分解，并且氧气放电引起的结构性排放，交换Ni和Li。

氧的放电导致过渡金属(NCM111中的Mn、Co和Ni)的还原，从而降低了它们维持材料电荷平衡的电位。亚博网站下载

为了评估这一点，科学家们在BL27SU Spring-8-A jasri运行的大规模同步辐射设备上使用了软X射线吸收光谱法。

在氧释放的开始阶段，研究人员注意到镍的选择性³⁺NCM111下降。镍还原完成后，Co³⁺减少和mn.⁴⁺在5摩尔％的氧气释放期间继续不变。

减少行为强烈建议高价份节（NI）³⁺）显着增强氧气。

Takashi Nakamura，研究合著者，日本东北大学先进材料多学科研究所亚博网站下载

Nakamura和他的合作者通过准备改进的NCM111来测试这一假设，包括更多Ni³⁺与最初的NCM111相比。有趣的是，他们发现NCM111的氧释放比预测的要严重得多。

根据结果​​，研究人员表明，高价转变金属倾向于使基于氧化物电池材料中的晶格氧气变得破坏。亚博网站下载

我们的研究结果将有助于进一步开发由过渡金属氧化物组成的高能量密度和坚固的下一代电池。

Takashi Nakamura，研究合著者，日本东北大学先进材料多学科研究所亚博网站下载

期刊参考：

侯,X。,等。（2021）基于氧化物的嵌入阴极中的晶格氧不稳定性：分层LINI的案例研究_1／3CO._1／3锰_1／3O.₂。先进能源材料亚博网站下载。doi.org/10.1002/AENM.202101005。

来源:http://www.tohoku.ac.jp/en/