高压电源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，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。日本和美国的科研团队共同努力，以深入探究锂离子存储过程中的化学反应，并详细分析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，其在汽车和能源领域的应用也正不断扩展，但在性能寿命方面仍存在不足之处。为了克服这些局限，许多改进技术都集中在新材料上，同时也关注现有材料供应链及环境因素。但是，无论选择哪种新材料，如果能让科学家们以全新的视角观察并理解其内部复杂工作机制，对于识别阻碍性能提升的问题以及找到解决方案至关重要。

就在不久前，一些独立研究利用了这种先进技术来探索氧气对锂离子电池性能的影响。这一点显而易见，即当电池充放电时都会产生少量氧气流失。不过，这一过程微小且难以被直接察觉，而且氧气流失引起的大规模影响尚未得到充分认识。斯坦福大学参与其中一项研究的小组负责人Peter Csernica解释说：“经过500次循环后，我们发现总共有6%的氧气泄漏，这是一个不容忽视的事实，但如果每次循环中排出的量进行测定，大约只有1%。”

这项由斯坦福大学领导的小组使用X射线显微镜扫描切开后的样品，并结合计算成像来观察纳米级结构。此外，他们还使用X射线穿透整个阴极，以确保他们纳米尺度上的发现可以延伸到整体部件。在这个过程中，小组发现氧气最初以“爆炸”的方式从表面逸出，然后逐渐以“滴答”声从阴极深处逸出。

他们进一步发现，随着氧气逸出，其周围金属原子（如镍、钴、锰）会发生重新排列，使得所有原子的位置都发生改变。这一金属原子的移动，加上由于缺乏空气导致化学变化，随时间推移将导致电压下降和效率减弱。虽然这一现象早已被人们注意到了，但其背后的原因一直未曾明确阐述。

另一项来自东北大学日本团队的研究则揭示，在基于等比例镍、钴、锰混合物构成的阴极中，氧释放促使了一系列不利反应，从而破坏了整个结构。而且，该高价镍存在的情况导致更高水平的氧逸出，最终降低了保持平衡荷载能力。此外，该团队指出：“我们的发现将为开发具有过渡金属酸化物、高能量密度且坚固性质下一代电子设备奠定基础。”