防止氧气释放导致更安全的高能密度锂离子电池

从电池材料中释放氧气

电池材料释放的氧气会导致热失控。信贷:隆中村

一个研究小组对锂离子电池中氧气的释放提出了新的见解,为更坚固、更安全的高能量密度电池铺平了道路。

如果社会实现联合国可持续发展目标并实现碳中立,则储存更多能量的下一代电池至关重要。然而,能量密度越高,热失控的可能性越高 - 电池的过热,有时可以导致电池爆炸。

从阴极活性材料释放的氧气是热失控的触发,但我们对这一过程的了解不足。

来自东北大学和日本同步辐射研究所(JASRI)的研究人员研究了氧气释放行为,并关联锂离子电池阴极材料的结构变化1/3CO.1/31/3O.2(NCM111)。NCM111通过库仑滴定和X射线衍射作为基于模型的基于氧化物的电池材料。

研究人员发现,NCM111在不分解的情况下接受5%的氧释放,氧释放导致结构紊乱,即Li和Ni的交换。

当氧被释放时,它减少了过渡金属(NCM111中的Ni, Co和Mn),降低了它们在材料中保持电荷平衡的能力。

为了评估这一点,研究组在BL27SU中使用了软X射线吸收光谱Super Photon ring-GeV". It is owned by RIKEN and located in Harima Science Garden City, Hyogo Prefecture, Japan.

">Spring-8.——日本原子力科学研究所在日本运营了大型同步加速器辐射设施。

他们观察到了选择性镍3+在氧释放开始阶段的NCM111减少。在NI减少完成后,CO3+减少,而MN4+在5摩尔%的氧气释放期间保持不变。

“减少行为强烈建议高价份节(NI)3+)显着增强氧气释放,“纸张的同君·纳卡穆拉说。

测试这个假设,他的同事编制了修改的NCM111,含有更多NI3+而不是原来的ncm111。为了他们的惊喜,他们发现了NCM111表现出比预期的更严重的氧气释放。

基于此,研究组提出了高价转变金属使氧化物基电池材料中的晶格氧气变得破坏。

“我们的研究结果将有助于进一步发展高能量密度和由过渡金属氧化物组成的高能量的下一代电池,”Nakamura说。

参考:“基于氧化氧化物嵌入阴极的晶格氧不稳定性:分层LINI的案例研究1/3CO.1/31/3O.2“由雪炎侯,肯特·奥塔,玉塔金武拉,悦田·塔梅纳,kazuki tsuruta,Koji Amezawa和Takashi Nakamura,23日,6月23日,先进能源材料
DOI: 10.1002 / aenm.202101005

资金:科学研究(JP18K05288(JP18K05288)的助项助理(JP18K05288)的“动态联盟开放式创新人类,环境和环境和设备”网络和设备网络联合研究中心“的”动态联盟“核心实验室研究计划。