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산소 방출을 방지하여 더 안전한 고에너지 밀도 리튬 이온 배터리로 이어집니다.

2021-10-22



배터리 재료에서 산소가 방출되면 열 폭주가 발생할 수 있습니다. 크레딧: 나카무라 다카시

 

한 연구 그룹이 리튬 이온 배터리의 산소 방출에 대한 새로운 통찰력을 제공하여 보다 견고하고 안전한 고에너지 밀도 배터리를 위한 길을 열었습니다.

 

사회가 UN의 지속 가능한 개발 목표를 달성하고 탄소 중립을 실현하려면 더 많은 에너지를 저장하는 차세대 배터리가 중요합니다. 그러나 에너지 밀도가 높을수록 열 폭주(때때로 배터리 폭발로 이어질 수 있는 배터리 과열) 가능성이 높아집니다.

 

양극 활물질에서 방출되는 산소는 열 폭주를 유발하는 요인이지만 이 과정에 대한 지식은 충분하지 않습니다.

 

도호쿠 대학과 일본 싱크로트론 방사선 연구소(JASRI)의 연구원들은 리튬 이온 배터리 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2의 산소 방출 거동 및 관련 구조 변화를 조사했습니다.

 

연구원들은 NCM111이 분해되지 않고 5mol%의 산소 방출을 받아들이고 산소 방출이 Li와 Ni의 교환인 구조적 장애를 유발한다는 것을 발견했습니다.

 

산소가 방출되면 전이 금속(NCM111의 Ni, Co 및 Mn)이 감소하여 재료에서 균형 잡힌 전하를 유지하는 능력이 감소합니다.

 

이를 평가하기 위해 연구 그룹은 BL27SU에서 soft-Xray 흡수 분광법을 활용했습니다.

 

그들은 선택적 Ni3를 관찰했습니다.

 

"환원 거동은 높은 원자가 NI(Ni3)가 산소 방출을 크게 향상시킨다는 것을 강력하게 시사합니다."라고 이 논문의 공동 저자인 Takashi Nakamura는 말했습니다.

 

이 가설을 테스트하기 위해 Nakamura와 그의 동료들은 더 많은 Ni3를 포함하는 수정된 NCM111을 준비했습니다.

 

이를 바탕으로 연구팀은 높은 원자가 전이금속이 산화물계 전지 소재에서 격자 산소를 불안정하게 만든다고 제안했다.

 

"우리의 연구 결과는 높은 에너지 밀도와 전이 금속 산화물로 구성된 강력한 차세대 배터리의 추가 개발에 기여할 것"이라고 Nakamura는 말했습니다.

 

참조: "산화물 기반 인터칼레이션 음극의 격자 산소 불안정성: Xueyan Hou, Kento Ohta, Yuta Kimura, Yusuke Tamenori, Kazuki Tsuruta, Koji Amezawa 및 Takashi Nakamura의 적층 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 사례 연구" , 2021년 6월 23일,
DOI: 10.1002/aenm.202101005

 

자금 지원: 과학 연구 보조금(JP18K05288?JP19H05814) '재료 및 장치 네트워크 공동 연구 센터'에서 '인간, 환경 및 재료를 연결하는 개방형 혁신을 위한 동적 동맹'의 CORE 연구소 연구 프로그램. ä