防止过热爆炸 研究找到制造安全电池关键所在

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【大纪元2021年07月20日讯】(大纪元记者高文森编译报导)锂离子电池是现在用途广泛的充电电池之一,但是有时会发生过热爆炸的事故,特别是功率越大的锂离子电池,其过热和爆炸的风险越高。研究人员知道这种电池阴极材料的漏氧问题是触发热失控的一个主要原因,但是之前这方面的研究明显不足。

要想进一步提升锂离子电池的能量密度,研究人员知道一定要找到其漏氧的根本原因并加以防止。这份由日本东北大学(Tohoku University)和日本同步辐射研究所(JASRI)合作的研究找到了一些线索。

研究人员借助JASRI运营的大型同步辐射设施BL27SU Spring-8调查了一种代号为NCM111的锂离子电池。

他们发现,在漏氧发生的初始阶段,先是一些三价镍(Ni³⁺,镍在化合物中高价态的一种)开始减少,之后是三价钴(Co³⁺),不过在整个监测的漏氧过程里,四价锰(Mn⁴⁺)的数量倒是维持在稳定的状态。镍在化合物中,最稳定的价态是+2价,此外还存在+3、+4两种高价态。

研究者之一中村隆(Takashi Nakamura)说:“这些元素减少的情况显然说明,高价镍(Ni³⁺)显着提升了漏氧发生的几率。”

接下来他们实验检验这个猜测。研究组改造了一些NCM111电池,含有比普通NCM111电池更多的三价镍。结果发现,这些电池的漏氧情况更加严重。

研究人员总结认为,对于这类以氧化物材料制造的电池来说,高价过渡金属元素是导致内部氧元素不稳定的关键所在。

中村隆说:“我们的研究成果为制造由过渡金属氧化物组成的、高能源密度、稳定的新一代电池提供了思路。”

这份研究6月23日发表于《高级能量材料》(Advanced Energy Materials)期刊。◇

责任编辑:朱涵儒

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