近期，發(fā)生多起電動車電池起火事件。與智能手機等小型移動設(shè)備使用的電池不同，電動汽車的電池組由數(shù)百個電池組成，任何不穩(wěn)定都可能造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。為了查明電池起火的原因，韓國研究人員開發(fā)了一種新的分析方法來評估電動汽車電池的熱穩(wěn)定性。

韓國科學技術(shù)研究院（KIST）的一個研究小組由KIST儲能研究中心的WonyoungChang博士和Jeonbuk分公司碳復合材料研究中心的SeungMinKim博士領(lǐng)導，為評估電池陰極材料的熱穩(wěn)定性建立了一個實時分析平臺利用透射電子顯微鏡，根據(jù)高鎳電動車正極材料化學成分的變化，確定了熱降解機理。

電動汽車蓄電池的陰極材料是決定電池容量和續(xù)航里程的關(guān)鍵因素之一。陰極是由鎳、鈷和鋁或鎳、錳、鈷等多種金屬按指定的混合比例混合而成，企業(yè)和學術(shù)界的研究人員正在努力尋找合適的組成比，以提高電動汽車的行駛里程。

陰極材料中含有鎳，鎳含量與容量呈正相關(guān)。由于添加鎳電池的成本相對較低，因此添加鎳電池的成本也相對較低。然而，鎳的一個致命弱點是它降低了電池的穩(wěn)定性，因為它很容易對外界環(huán)境作出反應。就目前正在開發(fā)的第三代電動汽車所用的陰極材料而言，鎳的含量已增加到80%或更高，必須改善由此導致的穩(wěn)定性惡化，以確保安全。

電池火災主要由帶電氧化物基陰極材料和易燃液體電解質(zhì)之間的劇烈放熱反應引起。因此，KIST的研究小組將重點放在與電解質(zhì)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、電子衍射等），等）用于密切觀察和分析陰極的晶體結(jié)構(gòu)和因溫度升高而引起的組分化學變化。因此，可以根據(jù)NCA（鎳、鈷、鋁）陰極材料的化學成分和組成元素的作用，找出電池熱穩(wěn)定性降低的原因，以確保電池的安全。

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KIST研究小組研究了與NCA陰極材料中鋁含量相比，鎳含量的增加是否會提高電池容量，但發(fā)現(xiàn)這會顯著降低充電上限（總鋰離子反應67%）的熱穩(wěn)定性。分析表明，在充電過程中，由于缺乏參與氧化還原反應的鋁，導致了新相（O1相）的形成，從而降低了熱穩(wěn)定性。新的不穩(wěn)定相的表面被發(fā)現(xiàn)是熱穩(wěn)定性降低的根本原因。

來自KIST的WonyoungChang博士說：“全世界已經(jīng)發(fā)生了一系列電動汽車起火事件，在很多情況下，起火的源頭是電池。這項研究證實了在開發(fā)高性能陰極材料時，確保熱穩(wěn)定性的化學成分設(shè)計的重要性。”

韓國科學技術(shù)研究院全武分部的金承民博士說：“確保陰極材料在放熱反應開始時的熱穩(wěn)定性是普及電動汽車的關(guān)鍵。這項研究開發(fā)的先進分析技術(shù)將有助于確定微量元素的影響，進而開發(fā)出安全可靠的高性能陰極材料。”