氧气流失锂电池性能降低的元凶交流恒流源揭秘其真相

导语：当前，科学家们正在致力于提升电池技术的研究，其中重点关注新材料的开发，同时也考虑到与现有材料相关的供应链和环境问题。无论采用何种材料，只要能够提供一种新的视角来观察电池内部复杂工作机制，就能帮助我们更好地理解性能限制所在，以及如何解决这些问题。

导读：近期的一项重要研究揭示了氧气在锂离子电池性能下降中的关键作用。美国和日本的科学家合作进行了一系列实验，以深入探究锂离子存储过程中化学反应的细节，并详细描述了少量氧气释放对电池性能和安全性的累积影响。

尽管锂离子电池已成为我们日常生活不可或缺的一部分，其应用范围不断扩大至汽车和能源管理领域，但其性能与寿命仍面临挑战。为了克服这些局限，研究人员正在致力于改进技术，无论是通过新材料还是更加先进的观察工具。

上个月，一系列独立实验利用这种新工具来分析氧气对锂离子电池表现力的影响。在充放电过程中，通常会有一些微小量的氧气逸出，但由于这过程发生在宏观层面上，这一事实往往被忽视。此外，对于氧气流失广泛带来的影响了解得也不够透彻。参与其中一项研究的小组成员Peter Csernica解释说：“经过500次循环后，总共有6%的大约量体积单位（VOCs）逸出。这是一个不容忽视的事实，即使单独测量每次循环中排出的1%O2，也是一个值得注意的问题。”

斯坦福大学领导的一个团队通过切开循环后的阴极、使用X射线显微镜扫描并结合计算成像技术，从而获得纳米级别结构上的见解。此外，他们还用X射线穿透整个阴极以验证他们在纳米级别上的发现是否可用于整体结构分析。在这个过程中，他们发现氧气最初以“爆发”的方式从表面逸出，然后以较慢“滴落”的方式从阴极内部逸出。

他们进一步发现，这些释放出的氧气改变了阴极结构，使周围金属原子——镍、钴和锰——重新分布，而这些原子的移动加上缺乏氧化物引起的一系列化学变化，最终导致随时间推移减弱電壓及效率。这一现象虽然已经被证实，但是它背后的机理一直未完全清楚。斯坦福大学副教授William Chueh指出了这一点：“金属离子的重排，加之缺乏空氣引起的一连串化學變化，在长远内會導致電壓與效率下降。”人们早就意识到了这一点，但却不知道其原因是什么。

另一项由东北大学主导的研究则揭示，在基于等比镍、钴及锰构成的地阳极的情况下，氧元素逃脱促成了几个不良反应，从而破坏了整个系统；且高价镍存在导致更高水平逃脱，并且该过程最终削弱了保持平衡荷尔蒙能力。而此类效应可能导致未来发展高能密度且坚固下一代蓄能设备时需要考虑到的一个难题，为此，东北大学助理教授Takashi Nakamura表示：“我们的发现将为开发由过渡金属相互作用组成、高能密度且耐用的未来蓄能设备提供基础。”