厦大《AEM》：提升电池安全性！过充条件下正极的氧气释放研究

最近，锂离子电池的开发投入了相当大的努力，主要集中在电池的能量密度上。然而，电池的安全性能是限制其最终商业化的另一个重要因素。因此，在恶劣条件下评估电池功能至关重要。安全问题主要涉及热失控，这被认为与电池过充密切相关。据 道，电池在过充电过程中发生了严重的结构变化，因为它伴随着热量释放和气体逸出。由于O 2的助燃特性，它的存在会导致在热失控情况下发生爆炸，造成严重的安全隐患。因此，进一步研究过充电下的氧气释放行为是必不可少的。

论 链接：

https://doi.org/10.1002/aenm.202200569

图1. 原始 NCM811 的结构特性和过充电时的氧气释放。a) SEM 图像。b) XRD图和c)层状晶体结构示意图；红色球体代表氧离子，绿色和黄色八面体分别代表 LiO 6和 TMO 6单元。d) 过充电循环前（蓝线）、过充电曲线（红线）和过充电循环后（绿线）的充放电曲线，在这种过充电行为之后可以观察到明显的电化学性能退化。e) O 2沿过充电过程释放的OEMS结果。

图2. 使用原位和非原位衍射/光谱技术揭示整体结构的演变。a）17-20.6°范围内的原位XRD扫描和b）整个过充电过程的相关细化晶体数据。c) 300–800 cm -1范围内的原位拉曼扫描和 d) 非原位不同阶段的 Li ss-NMR 扫描。绿线、蓝线和红线分别与阶段 I、II 和 III 相关。e-g) 不同阶段的Ni、Co 和 Mn的K-edge XANES 扫描结果。

图3. NCM811结构退化的时空演变。a)过充电过程中结构演变的横截面 SEM 图像。NCM811 在第一阶段、4.7 V、第二阶段和第三阶段之后的图像。b) 第三阶段后 NCM811 的代表性HAADF-STEM 图像和相应的元素图。d) NCM811 在过充电过程后的 HAADF-STEM 图像。黄色箭头表示粒子内的滑动标记。e-g）过充电过程后 NCM811 的高分辨率 STEM 图像。(f) 和 (g) 的图像分别对应于(e) 中由白色和黄色方块包围的区域。

图4. 单晶NCM811的结构表征和释氧行为。a) 原始 SC-NCM811 的TEM 图像。b) SC-NCM811 的选定区域沿[001]方向观察的电子衍射图。c) 16 O 16 O ( m /z = 32)、16 O 18 O ( m / z =34) 和18 O 18O ( m / z = 36) 过充电过程中的演变。d) SC-NCM811 在过充电过程后的低倍率 HAADF-STEM 图像。e) 两种NCM811在正常条件下（实心球体）和过充电过程后（空心球体）的循环性能。f) 两种NCM811过充前后的EIS数据。g) 在 Li% = 0.0 处具有两个O 空位的 DFT 优化表面的侧视图和俯视图。黑色循环表示 O空位。h）在 Li% = 0.0 时 O 扩散到体中相邻空位的最小能量路径。