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韩国开发热稳定性分析技术 检测电动汽车电池起火风险

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58京牌 ,为了探究电池起火原因,韩国研究人员开发了一种新分析方法,以评估电池的热稳定性。

(图片来源:techxplore)

韩国科学技术研究所(KIST)的研究团队构建实时分析平台,利用透射电子显微镜,评估电池正极材料的热稳定性。通过该平台,并根据高镍正极材料中的化学成分变化,确定电池的热降解机理。该团队由KIST储能研究中心的Wonyoung Chang博士及KIST全北分院碳复合材料研究中心的Seung Min Kim博士领导。

电动汽车电池中的正极材料是决定电池容量和续航里程的关键因素之一,由镍、钴、铝或镍、锰、钴等多种金属按特定比例混合制造而成。因此,研究人员致力于寻找其最佳混合比例,以提升电动汽车的续航里程。正极材料中的镍含量与电池容量有直接关系。此外,因为镍比钴相对便宜,所以添加更多的镍,可以降低电池的单位成本。然而,镍的致命弱点是很容易对外部环境做出反应,进而降低电池稳定性。在当前正在开发的用于第三代EV的正极材料中,镍含量已经提高到80%或更高,因此必须考虑如何提高电池稳定性,以确保安全。

电池起火的主要原因在于,带电氧基正极材料和易燃电解液之间的剧烈放热反应。在这种情况下,KIST团队专注于研究与电解质接触的正极表面,并利用各种透射电子显微镜方法,如电子能量损失谱和电子衍射,密切观察和分析正极的晶体结构,以及由温度升高引起的化学成分变化。因此,可以根据NCA(镍、钴、铝)正极材料中的化学成分,以及构成元素所起的作用,来确定电池热稳定性降低的原因,从而确保电池安全。

KIST的研究团队探讨,相对于NCA正极材料中的铝含量,增加镍含量是否会提高电池容量,然而,他们发现,在达到充电上限(总锂离子的67%发生反应)时,这会使热稳定性显著降低。分析表明,缺少铝参与氧化还原反应,会导致充电过程中形成新相(O1相),并降低热稳定性。新的不稳定相表面被发现是降低热稳定性的根本原因。KIST的Wonyoung Chang 博士表示:“在很多情况下,电动汽车起火的原因在于电池。通过本项研究可以看出,在开发高性能正极材料时,能够确保热稳定性的化学成分设计具有重要意义。”

KIST全北分院的Seung Min Kim博士表示:“正极材料是放热反应开始的地方,确保其热稳定性,是推广电动汽车的关键。这项研究中开发的先进分析技术,将有助于探讨微量元素起到的作用,促进开发高性能正极材料,并提高电池安全性。”

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