導讀：最新研究表明，一直以來大家都低估了氧氣在限制鋰離子電池性能方面的作用。日本和美國最新發(fā)表的研究試圖更深入地研究鋰離子存儲核心的化學反應(yīng)，并更好地描述在這些反應(yīng)中釋放的少量氧氣對電池性能和安全產(chǎn)生的累積效應(yīng)。

　　盡管鋰離子電池為我們每天依賴的各種設(shè)備提供動力，在車輛和電網(wǎng)中的應(yīng)用也迅速增加，但在性能和壽命方面的技術(shù)仍存在一些不足。

　　目前正在進行的很多改進電池技術(shù)的研究都集中在新材料上，同時也考慮到與幾種常用材料相關(guān)的供應(yīng)鏈和環(huán)境問題。但不管是使用哪種材料，能讓科學家們細致觀察電池內(nèi)工作機制的復雜新技術(shù)，對于了解阻礙性能的問題發(fā)生在哪里以及如何解決這些問題至關(guān)重要。

　　上個月發(fā)表的兩項獨立研究使用了這種技術(shù)來研究氧氣在鋰離子電池性能中的作用。眾所周知，當電池充電和放電時，會釋放出少量的氧氣。但是這個過程的微小規(guī)模使得它很難被察覺到，而且氧氣流失的廣泛影響也沒有被很好地理解。參與其中一項研究的斯坦福大學的科學家Peter Csernica解釋道：“在500次的電池充放電循環(huán)中，氧氣泄漏的總量是6%。這是個不小的數(shù)字，但如果測量每次循環(huán)中排出的氧氣量，大約只有1%?！?/p>

　　在斯坦福大學領(lǐng)導的這項研究中，研究小組在循環(huán)后切開電池電極，用X射線顯微鏡掃描樣品，并將其與計算成像相結(jié)合，觀察納米級的結(jié)構(gòu)。他們還用X射線射穿整個電極，以確認他們在納米級的觀察結(jié)果可以應(yīng)用于整個組件。該小組發(fā)現(xiàn)，氧氣最初以“爆發(fā)性”的方式從表面釋放，然后以較慢的“滴流”的方式從陰極深處釋放。

　　他們發(fā)現(xiàn)，氧氣的釋放從根本上改變了陰極的結(jié)構(gòu)，氧氣離開時，周圍的錳、鎳和鈷原子就會遷移，所有的原子都從它們的理想位置跳了出來。斯坦福大學副教授William Chueh解釋道：“金屬離子的這種重新排列，加上缺氧引起的化學變化，隨著時間的推移，會降低電池的電壓和效率。大家早已認知這一現(xiàn)象，但并不清楚其機理?！?/p>

　　在另一項研究中，由日本東北大學領(lǐng)導的科學家發(fā)現(xiàn)，在基于等量的鎳、鈷和錳的陰極中，氧的釋放促進了幾個不良反應(yīng)，從而破壞電池結(jié)構(gòu)，而陰極中高價鎳的存在導致了更高水平的氧釋放，并且該過程總體上降低了電池保持平衡電荷的能力。

　　東北大學的研究員Takashi Nakamura表示：“我們的發(fā)現(xiàn)將有助于進一步開發(fā)由過渡金屬氧化物組成的高能量密度且堅固的下一代電池?！?/p>

　　這兩項研究強調(diào)了氧氣在電池降解過程中所起的作用，并證實了它可能是一個比以前認為的更重要的難題，有望為未來的工作提供基礎(chǔ)，考慮甚至關(guān)注限制循環(huán)過程中氧氣的損失以及這對電池的破壞性影響。