最近，發(fā)生了許多電動汽車（EV）電池起火事件。不同于智能手機(jī)等小型移動設(shè)備中使用的電池，電動汽車的電池組由數(shù)百個電池單元組成，任何不穩(wěn)定性都會造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。在查明電池起火原因的各種努力中，韓國研究人員開發(fā)了一種新的分析方法來評估EV電池的熱穩(wěn)定性。

在科學(xué)與技術(shù)（KIST）的韓國協(xié)會宣布，一個研究小組由KIST中心儲能研究和全北科的碳纖維復(fù)合材料研究中心的柳承敏Kim博士的Wonyoung昌博士領(lǐng)導(dǎo)建立了一個現(xiàn)實時間分析平臺，用于使用透射電子顯微鏡評估電池正極材料的熱穩(wěn)定性，通過該平臺，他們可以根據(jù)電動汽車用高鎳正極材料的化學(xué)成分變化確定熱降解機(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電動汽車驅(qū)動范圍。

正極材料包含鎳，并且鎳含量和容量之間存在正相關(guān)。另外，由于鎳相對比鈷便宜，因此添加更多的鎳有效地降低了EV電池的單位成本。但是，鎳的致命弱點是，由于鎳容易對外部環(huán)境做出反應(yīng)，因此會降低電池的穩(wěn)定性。在當(dāng)前正在開發(fā)的用于第三代EV的陰極材料的情況下，鎳含量已經(jīng)增加到80％或更高，并且因此必須改善穩(wěn)定性的惡化以確保安全性。

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)隊將注意力集中在與電解質(zhì)接觸的陰極表面上，并應(yīng)用了多種透射電子顯微鏡方法（電子能量損失譜，電子衍射等）來仔細(xì)觀察和分析硅的晶體結(jié)構(gòu)。陰極和溫度升高導(dǎo)致成分化學(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。

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KIST研究小組調(diào)查發(fā)現(xiàn)，與NCA正極材料中的鋁含量相比，鎳含量的增加可改善電池容量，但會顯著降低充電上限（總鋰離子反應(yīng)的67％）中的熱穩(wěn)定性。分析表明，缺少鋁不參與氧化還原反應(yīng)，這導(dǎo)致形成新相（O1相），該相會降低充電過程中的熱穩(wěn)定性。發(fā)現(xiàn)新的不穩(wěn)定相的表面是熱穩(wěn)定性降低的最終原因。

KIST的WonyoungChang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)的源頭是電池。這項研究證實了化學(xué)成分設(shè)計的重要性，該設(shè)計可確保開發(fā)過程中的熱穩(wěn)定性。高性能陰極材料?！?/p>

KIST全北分社的SeungMinKim博士說：“確保發(fā)生放熱反應(yīng)的陰極材料的熱穩(wěn)定性是電動汽車普及的關(guān)鍵。這項研究中開發(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)?！?/p>