在实现联合国的可持续发展目标和碳中和目标过程中，能够存储更多能量的下一代电池至关重要。然而能量密度越高，热失控的可能性就越大。若电池过热，还有可能会发生电池爆炸。据外媒报道，日本东北大学（Tohoku University）和日本同步辐射研究所（JASRI）的研究人员在锂离子电池中的氧气释放方面有新的发现，可为更强大、更安全的高能量密度电池铺平道路。

（图片来源：东北大学）

正极活性材料释放氧气是热失控的触发因素，但人类对该过程还不够了解。研究人员研究了锂离子电池LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2（NCM111）的正极材料的氧气释放和相关结构变化。NCM111通过库仑滴定（coulometric titration）和X射线衍射可作为模型氧化物基电池材料。

研究人员发现NCM111能接受的氧释放浓度为5 mol%，且不会被分解，也不会因氧释放引起结构无序，即锂和镍的交换。氧气释放会导致过渡金属（NCM111中的镍、钴和锰）减少，从而降低这些金属在材料中保持平衡电荷的能力。

为了对此进行评估，该研究小组在日本JASRI运营的大型同步加速器辐射设施BL27SU SPring-8上使用了软X射线吸收光谱。在氧气释放的开始阶段，研究人员观察到NCM111中发生了选择性Ni3+还原。Ni还原完成后，Co3+含量减少，而Mn4+在浓度为5 mol%的氧气释放期间保持不变。

该论文的合著者Takashi Nakamura表示：“还原行为表明高价NI（Ni3+）显著增强了氧气释放。”为验证这一假设，Nakamura及其同事制备了比原始NCM111含有更多Ni3+的改良NCM111。结果发现NCM111远超预期，氧气释放得更多。

基于此，该研究小组提出，高价过渡金属会导致氧化物基电池材料中的晶格氧不稳定。Nakamura表示：“此次发现将有助于进一步开发由过渡金属氧化物组成的高能量密度和强大的下一代电池。”