據外媒報道，一個研究小組對鋰離子電池中的氧氣釋放產生了新的見解，為更強大和更安全的高能量密度電池鋪平了道路。如果要實現聯合國的可持續發展目標並實現碳中和，儲存更多能量的下一代電池是至關重要的。然而，能量密度越高，熱失控的可能性就越大–電池過熱，有時可能導致電池爆炸。
陰極活性材料釋放的氧氣是熱失控的一個觸發因素，然而我們對這一過程的了解還不夠。
來自日本東北大學和日本同步輻射研究所(JASRI)的研究人員調查了鋰離子電池正極材料 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2（NCM111）的氧氣釋放行為和相關結構變化。通過庫侖滴定法和X射線衍射方法，NCM111作為一種基於氧化物的模型電池材料。
研究人員發現NCM111接受5mol%的氧氣釋放而不分解，並且氧氣釋放誘發了結構的不協調，即Li和Ni的交換。當氧氣被釋放時，它減少了過渡金屬（NCM111中的Ni、Co和Mn），降低了它們在材料中保持平衡電荷的能力。
為了評估這一點，研究小組在BL27SU SPring-8–日本JASRI運營的大型同步輻射設施中利用軟X射線吸收光譜。
他們觀察到，在氧氣釋放的初始階段，NCM111中存在選擇性的 Ni3+還原。在鎳還原完成後，Co3+減少，而Mn4+在5mol%的氧氣釋放期間保持不變。
該論文的共同作者Takashi Nakamura說：“這些還原行為強烈地表明，高價鎳（Ni3+）明顯增強了氧氣釋放。”
為了測試這一假設， Nakamura和他的同事們製備了比原始NCM111含有更多Ni3+的改性NCM111。令他們驚訝的是，他們發現NCM111表現出的氧氣釋放比預期的要嚴重得多。
基於這一點，該研究小組提出，高價過渡金屬會破壞氧化物基電池材料中晶格氧的穩定性。
Nakamura說：“我們的發現將有助於進一步開發由過渡金屬氧化物組成的高能量密度和堅固的下一代電池。”