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研究:防止氧气释放或可导致更安全的高能量密度锂离子电池的诞生

微观 | 感谢投递 2021-07-14 323

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阴极活性材料释放的氧气是热失控的一个触发因素,然而我们对这一过程的了解还不够。

来自日本东北大学和日本同步辐射研究所(JASRI)的研究人员调查了锂离子电池正极材料 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(NCM111)的氧气释放行为和相关结构变化。通过库仑滴定法和X射线衍射方法,NCM111作为一种基于氧化物的模型电池材料。

研究人员发现NCM111接受5mol%的氧气释放而不分解,并且氧气释放诱发了结构的不协调,即Li和Ni的交换。当氧气被释放时,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平衡电荷的能力。

为了评估这一点,研究小组在BL27SU SPring-8--日本JASRI运营的大型同步辐射设施中利用软X射线吸收光谱。

他们观察到,在氧气释放的初始阶段,NCM111中存在选择性的 Ni3+还原。在镍还原完成后,Co3+减少,而Mn4+在5mol%的氧气释放期间保持不变。

该论文的共同作者Takashi Nakamura说:“这些还原行为强烈地表明,高价镍(Ni3+)明显增强了氧气释放。”

为了测试这一假设, Nakamura和他的同事们制备了比原始NCM111含有更多Ni3+的改性NCM111。令他们惊讶的是,他们发现NCM111表现出的氧气释放比预期的要严重得多。

基于这一点,该研究小组提出,高价过渡金属会破坏氧化物基电池材料中晶格氧的稳定性。

Nakamura说:“我们的发现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。”


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