操作ガス分析と中性子回折を用いたLi-IonバッテリーNi豊富層状酸化物カソードの熱安定性の探査

熱安定性は、Ni豊富層状酸化物カソードの全体的な性能指標の中で考慮すべき重要なパラメータです。カソード材料の熱条件下での固有の構造安定性は重要ですが、電解質との反応も考慮することが重要です。本論文では、操作ガス分析、ex situ中性子回折、および示差走査熱量測定を組み合わせて、Ni豊富なNMCカソードの熱安定性のより広い視点を提供しました。Li1–xNi0.8Mn0.1Co0.1O2 (NMC811)複合材料は、電解質の有無にかかわらず、4つの異なる充電状態で調査されました。電解質はカソード材料の構造分解と熱分解の両方を大幅に加速することが分かりました。充電状態が高いと、カソード材料は熱衝撃に対してより感受性を持つようになります。電解質がない場合、構造変化を引き起こすO2放出が、熱暴走中の主要な観察結果でした。しかし、すべてのサンプルは、電解質なしで300 °Cまでのアニール後でも層状構造のいくつかのレベルを保持しました。これに対して、同じ実験条件で電解質と共に加熱されたカソード材料のほぼすべてのO3型層状相は岩塩相に変わりました。さらに、操作ガス分析実験で電解質と共にカソード材料をアニールした際に、CO2の量はほぼ二桁増加しました。より脱リチウム化されたNMC811サンプルは、早い始動温度でより多くのCO2を放出し、熱衝撃中により脱リチウム化されたサンプルが多くの熱を放出することを示す示差走査熱量測定（DSC）結果と良く共鳴しました。