最近，發(fā)生了許多電動汽車（EV）電池起火事件。不同于智能手機等小型移動設備中使用的電池，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。

在科學與技術（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合材料研究中心的柳承敏Kim博士的Wonyoung昌博士領導建立了一個現(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成分變化確定熱降解機理。

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，公司和學術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。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，因此會降低電池的穩(wěn)定性。在當前正在開發(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之間劇烈的放熱反應引起的。因此，KIST的研究團隊將注意力集中在與電解質接觸的陰極表面上，并應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）來仔細觀察和分析硅的晶體結構。陰極和溫度升高導致成分化學變化。結果，可以基于NCA（鎳，鈷，鋁）正極材料的化學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研究小組調查發(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，這導致形成新相（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：“全球范圍內發(fā)生了一系列EV火災，在許多情況下，火災的源頭是電池。這項研究證實了化學成分設計的重要性，該設計可確保開發(fā)過程中的熱穩(wěn)定性。高性能陰極材料。”

KIST全北分社的SeungMinKim博士說：“確保發(fā)生放熱反應的陰極材料的熱穩(wěn)定性是電動汽車普及的關鍵。這項研究中開發(fā)的先進分析技術將有助于確定痕量元素和反過來又導致了可以保證安全的高性能陰極材料的開發(fā)。”