導讀：最新研究表明，一直以來大家都低估了氧氣在限制鋰離子電池性能方面的作用。日本和美國最新發(fā)表的研究試圖更深入地研究鋰離子存儲核心的化學反應，并更好地描述在這些反應中釋放的少量氧氣對電池性能和安全產生的累積效應。

　　盡管鋰離子電池為我們每天依賴的各種設備提供動力，在車輛和電網中的應用也迅速增加，但在性能和壽命方面的技術仍存在一些不足。

　　目前正在進行的很多改進電池技術的研究都集中在新材料上，同時也考慮到與幾種常用材料相關的供應鏈和環(huán)境問題。但不管是使用哪種材料，能讓科學家們細致觀察電池內工作機制的復雜新技術，對于了解阻礙性能的問題發(fā)生在哪里以及如何解決這些問題至關重要。

　　上個月發(fā)表的兩項獨立研究使用了這種技術來研究氧氣在鋰離子電池性能中的作用。眾所周知，當電池充電和放電時，會釋放出少量的氧氣。但是這個過程的微小規(guī)模使得它很難被察覺到，而且氧氣流失的廣泛影響也沒有被很好地理解。參與其中一項研究的斯坦福大學的科學家Peter Csernica解釋道：“在500次的電池充放電循環(huán)中，氧氣泄漏的總量是6%。這是個不小的數(shù)字，但如果測量每次循環(huán)中排出的氧氣量，大約只有1%?！?/p>

　　在斯坦福大學領導的這項研究中，研究小組在循環(huán)后切開電池電極，用X射線顯微鏡掃描樣品，并將其與計算成像相結合，觀察納米級的結構。他們還用X射線射穿整個電極，以確認他們在納米級的觀察結果可以應用于整個組件。該小組發(fā)現(xiàn)，氧氣最初以“爆發(fā)性”的方式從表面釋放，然后以較慢的“滴流”的方式從陰極深處釋放。

　　他們發(fā)現(xiàn)，氧氣的釋放從根本上改變了陰極的結構，氧氣離開時，周圍的錳、鎳和鈷原子就會遷移，所有的原子都從它們的理想位置跳了出來。斯坦福大學副教授William Chueh解釋道：“金屬離子的這種重新排列，加上缺氧引起的化學變化，隨著時間的推移，會降低電池的電壓和效率。大家早已認知這一現(xiàn)象，但并不清楚其機理?！?/p>

　　在另一項研究中，由日本東北大學領導的科學家發(fā)現(xiàn)，在基于等量的鎳、鈷和錳的陰極中，氧的釋放促進了幾個不良反應，從而破壞電池結構，而陰極中高價鎳的存在導致了更高水平的氧釋放，并且該過程總體上降低了電池保持平衡電荷的能力。

　　東北大學的研究員Takashi Nakamura表示：“我們的發(fā)現(xiàn)將有助于進一步開發(fā)由過渡金屬氧化物組成的高能量密度且堅固的下一代電池?！?/p>

　　這兩項研究強調了氧氣在電池降解過程中所起的作用，并證實了它可能是一個比以前認為的更重要的難題，有望為未來的工作提供基礎，考慮甚至關注限制循環(huán)過程中氧氣的損失以及這對電池的破壞性影響。