锂离子电池正极材料热失控的真正原因是什么？

以特斯拉为代表的电动汽车竞相运用NCA、NCM811或NCM622高镍三元资料作为锂离子电池正极资料，然而这种高镍层状的正极资料存在安全性的问题，加拿大光源储能组的周霁罡博士以及化学成像线站的王建博士与厦门理工大学的路密副教授，初次将杂乱复合电极热失控前后的相散布进行单个电极颗粒层面的成像，并将多种相别离现象在热失控前后的相关性进行了纳米级其他可视化，发现热失控可能与导电剂以及粘结剂的散布出现亲近的相关性。

以NCA、NCM811或NCM622为代表的高镍层状正极的锂离子电池具有高容量、低成本、环境危害小的优点，现在以特斯拉为代表的电动汽车竞相运用。

然而采用高镍层状的正极存在安全性的问题，尤其是高温下层状资料分化开释氧气会引发热失控，然后导致电池燃烧爆炸。从基础理论的视点考虑，深入了解固态电极在热失控下的相别离有关从根本上解决该类资料本征上的稳定性缺陷具有重要的意义。

从实用化的视点考虑，研讨相别离在实践多孔复合电极中的行为，并将其与正极资料的尺度效应、晶面调控以及外表钝化膜的相关性对应，是将基础研讨与实践使用相结合的理想方法。然而这一设想必须有先进的表征手法才能够完成。

加拿大光源储能组的周霁罡博士以及化学成像线站的王建博士与厦门理工大学的路密副教授亲近合作，立异性地将具有元素及轨迹选择性、化学与电子结构敏感性的透射X光扫描显微技能(PEEM)用于研讨热失控下钴酸锂层状电极颗粒在多孔电极中相别离中的行为。该工作以ChemicalCommunications封底的形式作为研讨亮点报道。

经过原位研讨，作者第一次将杂乱复合电极热失控前后的相散布进行单个电极颗粒层面的成像，并将多种相别离现象在热失控前后的相关性进行了纳米级其他可视化。热失控前后相别离在单个电极颗粒层面出现出超乎猜测的不均匀化。这种不均匀化与颗粒尺度、晶面结构相关性不显着，但与导电剂以及粘结剂的散布出现亲近的相关性。

这是初次完成同一颗粒在热失控前后相别离的纳米可视化，并将其与其电极环境进行相关化。这种手法有关进一步加深了解层状资料的热失控行为意义重大，合适推广到其他电极系统用于研讨热失控下的反应机理、衰减机理等领域。

文章首要利用PEEM的元素敏感性有关电极成分，包含钴酸锂、PVdF以及导电炭黑的散布进行纳米级其他成像。

在热失控前，导电剂和粘结剂混合均匀呈共存聚会模式，但这种聚会在钴酸锂颗粒外表以及颗粒间的散布是不均匀的。热失控后PVdF热分化显着，而导电炭黑仍以聚会的形式不均匀地散布在钴酸锂外表。PEEM能够到达100nm的空间分辨率，而且能够对50um的电极外表成像。高空间分辨率以及大成像区间完成了对多颗粒的高分辨率成像。钴酸锂颗粒的描摹尺度在热失控前后的成像能够用来研讨同一电极颗粒的热失控行为。

相别离成像是对每一像素单元钴元素的吸收光谱运用单一相，包含Co2+(热失控开释氧构成的相)、Co3+(LCO)或Co3.5+(正常满充电的LCO)的光谱分化拟合。相别离的高度不均匀性在图c和d得到很好体现。假如将相别离图与得到的元素散布图对应能够看出这种相别离在热失控前后都与导电炭黑的散布具有极大的相关性。

热失控显着减小了相别离的尺度，与以往文献中对非同一电极颗粒经过化学充电后热失控成像研讨得到的定论不同，该工作有关实践电极中电化学充电同一颗粒的热失控进行，表明电极颗粒描摹、大小以及晶面取向对相别离的影响都远远小于颗粒环境，尤其是导电剂的影响。