EV電池的熱穩定性分析技術可檢測起火或爆炸的危險

最近，發生了許多電動汽車(EV)電池起火事件。不同于智能手機等小型移動設備中使用的電池，電動汽車的電池組由數百個電池單元組成，任何不穩定性都會造成重大人員傷亡和財產損失。在查明電池起火原因的過程中，韓國研究人員開發了一種新的分析方法來評估EV電池的熱穩定性。

韓國科學技術研究院(KIST)的研究團隊由KIST儲能研究中心的Wonyoung Chang博士和全北分公司碳復合材料研究中心的Seung Min Kim博士領導。分析平臺，用于使用透射電子顯微鏡評估電池正極材料的熱穩定性，通過該平臺，他們根據電動汽車用高鎳正極材料化學成分的變化確定了熱降解機理。

EV電池的正極材料是決定電池容量并因此決定行駛里程的關鍵因素之一。通過按照指定的混合比例混合各種金屬(例如鎳，鈷和鋁)或鎳，錳和鈷來制造陰極，公司和學術界的研究人員正在努力尋找合適的成分比以增加其驅動范圍。電動汽車。

正極材料包含鎳，并且鎳含量和容量之間存在正相關。此外，由于鎳相對比鈷便宜，因此添加更多的鎳會降低EV電池的單位成本。但是，鎳的致命弱點是，由于鎳容易對外部環境做出反應，因此會降低電池的穩定性。在當前正在開發的用于第三代EV的正極材料的情況下，鎳含量已經增加到80%以上，并且因此必須改善穩定性的下降以確保安全性。

電池起火主要是由帶電氧化物基陰極材料和易燃液體電解質之間劇烈的放熱反應引起的。因此，KIST的研究團隊專注于與電解質接觸的陰極表面，并應用了各種透射電子顯微鏡方法(電子能量損失光譜法，電子衍射法)等)，以密切觀察和分析陰極的晶體結構以及溫度升高導致的成分化學變化。結果，可以基于NCA(鎳，鈷，鋁)正極材料的化學組成和確保電池安全性的組成元素的作用來確定電池的熱穩定性降低的原因。

KIST研究小組研究了鎳含量與NCA陰極材料中鋁含量相比是否能提高電池容量，但發現在充電上限時(總鋰離子的67%反應)，它會顯著降低熱穩定性。分析表明，缺少鋁參與氧化還原反應導致形成新相(O1相)，該相會降低充電過程中的熱穩定性。發現新的不穩定相的表面是降低熱穩定性的最終原因。

KIST的Wonyoung Chang博士說：“全球范圍內發生了一系列EV火災，在許多情況下，火災的起因是電池。這項研究證實了化學成分設計的重要性，該設計可確保開發中的熱穩定性高性能陰極材料。”

KIST全北分社的Seung Min Kim博士說：“確保發生放熱反應的陰極材料的熱穩定性是電動汽車普及的關鍵。這項研究中開發的先進分析技術將有助于確定痕量元素和反過來又導致了可以保證安全的高性能陰極材料的開發。”