电源技术论坛揭秘氧气流失锂电池性能的隐形杀手

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，都需要一项能让我们更深入理解电池内部工作机制的创新技术，以便揭示性能下降背后的关键因素。

导读：最新研究表明，氧气在限制锂离子电池性能方面扮演着长期被低估的角色。美国和日本学者最近发表了两项研究，他们试图通过深入分析锂离子存储核心中的化学反应来更好地解释这些反应中释放出的微量氧气对电池性能和安全性的累积影响。

尽管锂离子电池已经成为我们日常生活不可或缺的一部分，并且其应用范围正迅速扩展至汽车和能源网络，但在性能稳定性和使用寿命上仍然存在不足。为了解决这些问题，科学家们正在探索新的改进方法，这些方法既包括新材料，也涉及那些能够提供对复杂工作机制细节观察的手段。

就在不久前，一项由斯坦福大学领导的小组发表了利用这种技术来研究氧气在锂离子电池中的作用的独立研究。这一点从众所周知的事实出发，即当电池充放电时会产生少量氧气。但是，由于这个过程发生得非常隐蔽，使得人们很难捕捉到这一点，而且人们对此流失带来的广泛影响认识不够透彻。在参与其中一项研究、斯坦福大学科学家的Peter Csernica解释说：“经过500次充放循环后，总共泄漏了6%的氧气，这是一个非凡的大数字，但是如果每个循环中排出的数量加起来，大约只有1%。”

这两个实验都证明了使用X射线显微镜扫描样品并将其与计算成像相结合可以帮助我们观察纳米级结构。此外，用X射线穿透整个阴极以验证他们对于纳米级观测结果可行性发现显示出一种“爆炸性的”初步释放，然后是一种较慢、持续不断的“滴答”的过程，从阴极底部逐渐释放出去。

他们发现，当氧气离开时，它周围原本稳定的金属原子——镍、钴以及锰——会开始移动，不再保持它们应该处于的地方。而根据副教授William Chueh的话，“金属元素重新排列，以及由于缺乏空气而引起的一系列化学变化，在时间推移中导致了电子设备效率下降，我们早就知道这个现象，但直到现在才开始明白它如何发生。”

另一组来自日本东北大学的小组则发现，在基于等比例镍、钴和锰混合物构成的阴极中，过多释放出的氧促使了一系列负面反应破坏了整体结构，而高价镍存在的情况进一步增加了解决过程，并且最终导致减弱存储平衡荷尔蒙能力。此外，该团队指出：“我们的发现将为未来开发由过渡金属化合物构成、高能密度且坚固的一代新型燃料进行基础准备。”