最近，發(fā)生了許多電動(dòng)汽車(EV)電池起火事件。不同于智能手機(jī)等小型移動(dòng)設(shè)備中使用的電池，電動(dòng)汽車的電池組由數(shù)百個(gè)電池單元組成，任何不穩(wěn)定性都會(huì)造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。在查明電池起火原因的過程中，韓國(guó)研究人員開發(fā)了一種新的分析方法來評(píng)估EV電池的熱穩(wěn)定性。

韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院(KIST)的研究團(tuán)隊(duì)由KIST儲(chǔ)能研究中心的Wonyoung Chang博士和全北分公司碳復(fù)合材料研究中心的Seung Min Kim博士領(lǐng)導(dǎo)。分析平臺(tái)，用于使用透射電子顯微鏡評(píng)估電池正極材料的熱穩(wěn)定性，通過該平臺(tái)，他們根據(jù)電動(dòng)汽車用高鎳正極材料化學(xué)成分的變化確定了熱降解機(jī)理。

EV電池的正極材料是決定電池容量并因此決定行駛里程的關(guān)鍵因素之一。通過按照指定的混合比例混合各種金屬(例如鎳，鈷和鋁)或鎳，錳和鈷來制造陰極，公司和學(xué)術(shù)界的研究人員正在努力尋找合適的成分比以增加其驅(qū)動(dòng)范圍。電動(dòng)汽車。

正極材料包含鎳，并且鎳含量和容量之間存在正相關(guān)。此外，由于鎳相對(duì)比鈷便宜，因此添加更多的鎳會(huì)降低EV電池的單位成本。但是，鎳的致命弱點(diǎn)是，由于鎳容易對(duì)外部環(huán)境做出反應(yīng)，因此會(huì)降低電池的穩(wěn)定性。在當(dāng)前正在開發(fā)的用于第三代EV的正極材料的情況下，鎳含量已經(jīng)增加到80%以上，并且因此必須改善穩(wěn)定性的下降以確保安全性。

電池起火主要是由帶電氧化物基陰極材料和易燃液體電解質(zhì)之間劇烈的放熱反應(yīng)引起的。因此，KIST的研究團(tuán)隊(duì)專注于與電解質(zhì)接觸的陰極表面，并應(yīng)用了各種透射電子顯微鏡方法(電子能量損失光譜法，電子衍射法)等)，以密切觀察和分析陰極的晶體結(jié)構(gòu)以及溫度升高導(dǎo)致的成分化學(xué)變化。結(jié)果，可以基于NCA(鎳，鈷，鋁)正極材料的化學(xué)組成和確保電池安全性的組成元素的作用來確定電池的熱穩(wěn)定性降低的原因。

KIST研究小組研究了鎳含量與NCA陰極材料中鋁含量相比是否能提高電池容量，但發(fā)現(xiàn)在充電上限時(shí)(總鋰離子的67%反應(yīng))，它會(huì)顯著降低熱穩(wěn)定性。分析表明，缺少鋁參與氧化還原反應(yīng)導(dǎo)致形成新相(O1相)，該相會(huì)降低充電過程中的熱穩(wěn)定性。發(fā)現(xiàn)新的不穩(wěn)定相的表面是降低熱穩(wěn)定性的最終原因。

KIST的Wonyoung Chang博士說：“全球范圍內(nèi)發(fā)生了一系列EV火災(zāi)，在許多情況下，火災(zāi)的起因是電池。這項(xiàng)研究證實(shí)了化學(xué)成分設(shè)計(jì)的重要性，該設(shè)計(jì)可確保開發(fā)中的熱穩(wěn)定性高性能陰極材料。”

KIST全北分社的Seung Min Kim博士說：“確保發(fā)生放熱反應(yīng)的陰極材料的熱穩(wěn)定性是電動(dòng)汽車普及的關(guān)鍵。這項(xiàng)研究中開發(fā)的先進(jìn)分析技術(shù)將有助于確定痕量元素和反過來又導(dǎo)致了可以保證安全的高性能陰極材料的開發(fā)。”