以特斯拉為代表的電動(dòng)汽車競(jìng)相運(yùn)用NCA、NCM811或NCM622高鎳三元資料作為鋰離子電池正極資料，然而這種高鎳層狀的正極資料存在安全性的問(wèn)題，加拿大光源儲(chǔ)能組的周霽罡博士以及化學(xué)成像線站的王建博士與廈門(mén)理工大學(xué)的路密副教授，初次將雜亂復(fù)合電極熱失控前后的相散布進(jìn)行單個(gè)電極顆粒層面的成像，并將多種相別離現(xiàn)象在熱失控前后的相關(guān)性進(jìn)行了納米級(jí)其他可視化，發(fā)現(xiàn)熱失控可能與導(dǎo)電劑以及粘結(jié)劑的散布出現(xiàn)親近的相關(guān)性。

以NCA、NCM811或NCM622為代表的高鎳層狀正極的鋰離子電池具有高容量、低成本、環(huán)境危害小的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在以特斯拉為代表的電動(dòng)汽車競(jìng)相運(yùn)用。

然而采用高鎳層狀的正極存在安全性的問(wèn)題，尤其是高溫下層狀資料分化開(kāi)釋氧氣會(huì)引發(fā)熱失控，然后導(dǎo)致電池燃燒爆炸。從基礎(chǔ)理論的視點(diǎn)考慮，深入了解固態(tài)電極在熱失控下的相別離有關(guān)從根本上解決該類資料本征上的穩(wěn)定性缺陷具有重要的意義。

從實(shí)用化的視點(diǎn)考慮，研討相別離在實(shí)踐多孔復(fù)合電極中的行為，并將其與正極資料的尺度效應(yīng)、晶面調(diào)控以及外表鈍化膜的相關(guān)性對(duì)應(yīng)，是將基礎(chǔ)研討與實(shí)踐使用相結(jié)合的理想方法。然而這一設(shè)想必須有先進(jìn)的表征手法才能夠完成。

加拿大光源儲(chǔ)能組的周霽罡博士以及化學(xué)成像線站的王建博士與廈門(mén)理工大學(xué)的路密副教授親近合作，立異性地將具有元素及軌跡選擇性、化學(xué)與電子結(jié)構(gòu)敏感性的透射X光掃描顯微技能(PEEM)用于研討熱失控下鈷酸鋰層狀電極顆粒在多孔電極中相別離中的行為。該工作以ChemicalCommunications封底的形式作為研討亮點(diǎn)報(bào)道。

經(jīng)過(guò)原位研討，作者第一次將雜亂復(fù)合電極熱失控前后的相散布進(jìn)行單個(gè)電極顆粒層面的成像，并將多種相別離現(xiàn)象在熱失控前后的相關(guān)性進(jìn)行了納米級(jí)其他可視化。熱失控前后相別離在單個(gè)電極顆粒層面出現(xiàn)出超乎猜測(cè)的不均勻化。這種不均勻化與顆粒尺度、晶面結(jié)構(gòu)相關(guān)性不顯著，但與導(dǎo)電劑以及粘結(jié)劑的散布出現(xiàn)親近的相關(guān)性。

這是初次完成同一顆粒在熱失控前后相別離的納米可視化，并將其與其電極環(huán)境進(jìn)行相關(guān)化。這種手法有關(guān)進(jìn)一步加深了解層狀資料的熱失控行為意義重大，合適推廣到其他電極系統(tǒng)用于研討熱失控下的反應(yīng)機(jī)理、衰減機(jī)理等領(lǐng)域。

文章首要利用PEEM的元素敏感性有關(guān)電極成分，包含鈷酸鋰、PVdF以及導(dǎo)電炭黑的散布進(jìn)行納米級(jí)其他成像。

在熱失控前，導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑混合均勻呈共存聚會(huì)模式，但這種聚會(huì)在鈷酸鋰顆粒外表以及顆粒間的散布是不均勻的。熱失控后PVdF熱分化顯著，而導(dǎo)電炭黑仍以聚會(huì)的形式不均勻地散布在鈷酸鋰外表。PEEM能夠到達(dá)100nm的空間分辨率，而且能夠?qū)?0um的電極外表成像。高空間分辨率以及大成像區(qū)間完成了對(duì)多顆粒的高分辨率成像。鈷酸鋰顆粒的描摹尺度在熱失控前后的成像能夠用來(lái)研討同一電極顆粒的熱失控行為。

相別離成像是對(duì)每一像素單元鈷元素的吸收光譜運(yùn)用單一相，包含Co2+(熱失控開(kāi)釋氧構(gòu)成的相)、Co3+(LCO)或Co3.5+(正常滿充電的LCO)的光譜分化擬合。相別離的高度不均勻性在圖c和d得到很好體現(xiàn)。假如將相別離圖與得到的元素散布圖對(duì)應(yīng)能夠看出這種相別離在熱失控前后都與導(dǎo)電炭黑的散布具有極大的相關(guān)性。

熱失控顯著減小了相別離的尺度，與以往文獻(xiàn)中對(duì)非同一電極顆粒經(jīng)過(guò)化學(xué)充電后熱失控成像研討得到的定論不同，該工作有關(guān)實(shí)踐電極中電化學(xué)充電同一顆粒的熱失控進(jìn)行，表明電極顆粒描摹、大小以及晶面取向?qū)ο鄤e離的影響都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于顆粒環(huán)境，尤其是導(dǎo)電劑的影響。