在實現(xiàn)聯(lián)合國的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)和碳中和目標(biāo)過程中，能夠存儲更多能量的下一代電池至關(guān)重要。然而能量密度越高，熱失控的可能性就越大。若電池過熱，還有可能會發(fā)生電池爆炸。據(jù)外媒報道，日本東北大學(xué)（Tohoku University）和日本同步輻射研究所（JASRI）的研究人員在鋰離子電池中的氧氣釋放方面有新的發(fā)現(xiàn)，可為更強大、更安全的高能量密度電池鋪平道路。
正極活性材料釋放氧氣是熱失控的觸發(fā)因素，但人類對該過程還不夠了解。研究人員研究了鋰離子電池LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2（NCM111）的正極材料的氧氣釋放和相關(guān)結(jié)構(gòu)變化。NCM111通過庫侖滴定（coulometric titration）和X射線衍射可作為模型氧化物基電池材料。
研究人員發(fā)現(xiàn)NCM111能接受的氧釋放濃度為5 mol%，且不會被分解，也不會因氧釋放引起結(jié)構(gòu)無序，即鋰和鎳的交換。氧氣釋放會導(dǎo)致過渡金屬（NCM111中的鎳、鈷和錳）減少，從而降低這些金屬在材料中保持平衡電荷的能力。
為了對此進(jìn)行評估，該研究小組在日本JASRI運營的大型同步加速器輻射設(shè)施BL27SU SPring-8上使用了軟X射線吸收光譜。在氧氣釋放的開始階段，研究人員觀察到NCM111中發(fā)生了選擇性Ni3+還原。Ni還原完成后，Co3+含量減少，而Mn4+在濃度為5 mol%的氧氣釋放期間保持不變。
該論文的合著者Takashi Nakamura表示：“還原行為表明高價NI（Ni3+）顯著增強了氧氣釋放?！睘轵炞C這一假設(shè)，Nakamura及其同事制備了比原始NCM111含有更多Ni3+的改良NCM111。結(jié)果發(fā)現(xiàn)NCM111遠(yuǎn)超預(yù)期，氧氣釋放得更多。
基于此，該研究小組提出，高價過渡金屬會導(dǎo)致氧化物基電池材料中的晶格氧不穩(wěn)定。Nakamura表示：“此次發(fā)現(xiàn)將有助于進(jìn)一步開發(fā)由過渡金屬氧化物組成的高能量密度和強大的下一代電池?！?
