防止過熱爆炸 研究找到製造安全電池關鍵所在

鋰離子電池是現在用途廣泛的充電電池之一，但是有時會發生過熱爆炸的事故，特別是功率越大的鋰離子電池，其過熱和爆炸的風險越高。研究人員知道這種電池陰極材料的漏氧問題是觸發熱失控的一個主要原因，但是之前這方面的研究明顯不足。

要想進一步提升鋰離子電池的能量密度，研究人員知道一定要找到其漏氧的根本原因並加以防止。這份由日本東北大學（Tohoku University）和日本同步輻射研究所（JASRI）合作的研究找到了一些線索。

研究人員借助JASRI 營運的大型同步輻射設施BL27SU Spring-8調查了一種代號為NCM111 的鋰離子電池。

他們發現，在漏氧發生的初始階段，先是一些三價鎳（Ni3+，鎳在化合物中高價態的一種）開始減少，之後是三價鈷（Co3+），不過在整個監測的漏氧過程裏，四價錳（Mn4+）的數量倒是維持在穩定的狀態。鎳在化合物中，最穩定的價態是+2價，此外還存在+3、+4兩種高價態。

研究者之一中村隆（Takashi Nakamura）說：「這些元素減少的情況顯然說明，高價鎳（Ni3+）顯著提升了漏氧發生的機率。」

接下來他們實驗檢驗這個猜測。研究組改造了一些NCM111電池，含有比普通NCM111 電池更多的三價鎳。結果發現，這些電池的漏氧情況更加嚴重。

研究人員總結認為，對於這類以氧化物材料製造的電池來說，高價過渡金屬元素是導致內部氧元素不穩定的關鍵所在。中村隆說：「我們的研究成果為製造由過渡金屬氧化物組成的、高能源密度、穩定的新一代電池提供了思路。」

這份研究6月23日發表於《高級能量材料》（Advanced Energy Materials）期刊。◇

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