據(jù)外媒報道,為了探究電池起火原因,韓國研究人員開發(fā)了一種新分析方法,以評估電動汽車電池的熱穩(wěn)定性。
韓國科學技術研究所(KIST)的研究團隊構建實時分析平臺,利用透射電子顯微鏡,評估電池正極材料的熱穩(wěn)定性。通過該平臺,并根據(jù)高鎳正極材料中的化學成分變化,確定電動汽車電池的熱降解機理。該團隊由KIST儲能研究中心的Wonyoung Chang博士及KIST全北分院碳復合材料研究中心的Seung Min Kim博士領導。
電動汽車電池中的正極材料是決定電池容量和續(xù)航里程的關鍵因素之一,由鎳、鈷、鋁或鎳、錳、鈷等多種金屬按特定比例混合制造而成。因此,研究人員致力于尋找其最佳混合比例,以提升電動汽車的續(xù)航里程。正極材料中的鎳含量與電池容量有直接關系。此外,因為鎳比鈷相對便宜,所以添加更多的鎳,可以降低電池的單位成本。然而,鎳的致命弱點是很容易對外部環(huán)境做出反應,進而降低電池穩(wěn)定性。在當前正在開發(fā)的用于第三代EV的正極材料中,鎳含量已經提高到80%或更高,因此必須考慮如何提高電池穩(wěn)定性,以確保安全。
電池起火的主要原因在于,帶電氧基正極材料和易燃電解液之間的劇烈放熱反應。在這種情況下,KIST團隊專注于研究與電解質接觸的正極表面,并利用各種透射電子顯微鏡方法,如電子能量損失譜和電子衍射,密切觀察和分析正極的晶體結構,以及由溫度升高引起的化學成分變化。因此,可以根據(jù)NCA(鎳、鈷、鋁)正極材料中的化學成分,以及構成元素所起的作用,來確定電池熱穩(wěn)定性降低的原因,從而確保電池安全。
KIST的研究團隊探討,相對于NCA正極材料中的鋁含量,增加鎳含量是否會提高電池容量,然而,他們發(fā)現(xiàn),在達到充電上限(總鋰離子的67%發(fā)生反應)時,這會使熱穩(wěn)定性顯著降低。分析表明,缺少鋁參與氧化還原反應,會導致充電過程中形成新相(O1相),并降低熱穩(wěn)定性。新的不穩(wěn)定相表面被發(fā)現(xiàn)是降低熱穩(wěn)定性的根本原因。KIST的Wonyoung Chang 博士表示:“在很多情況下,電動汽車起火的原因在于電池。通過本項研究可以看出,在開發(fā)高性能正極材料時,能夠確保熱穩(wěn)定性的化學成分設計具有重要意義。”
KIST全北分院的Seung Min Kim博士表示:“正極材料是放熱反應開始的地方,確保其熱穩(wěn)定性,是推廣電動汽車的關鍵。這項研究中開發(fā)的先進分析技術,將有助于探討微量元素起到的作用,促進開發(fā)高性能正極材料,并提高電池安全性?!?/P>
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