SEL利用新型正極材料LCNO(TM)（鎳摻雜LCO）開發兼具耐燃性和高能量密度的鋰離子充電電池

總部位於日本神奈川縣厚木市的半導體能源研究所股份有限公司（Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd.，以下簡稱「SEL」）針對消費類鋰離子充電電池開展了釘刺測試安全驗證（以下簡稱「本次驗證」）。本次驗證採用了由SEL開發的新型正極活性材料(*1)——鎳摻雜鈷酸鋰（以下簡稱「LCNO™」）。結果表明，公司已成功實現兼具耐燃性和高能量密度(*2)的鋰離子充電電池。

1. 兼具耐燃性和高能量密度的鋰離子充電電池

SEL新開發的LCNO(TM)電池，即鋰離子充電電池，在保持鈷酸鋰(LCO(*3))電池高能量密度特性的同時，成功提升了耐燃效能。

在作為標準安全測試之一的釘刺測試中，SEL試制的LCNO(TM)電池被證實不會起火。電池表面未出現溫度升高現象，表明未發生熱失控(*4)。

圖片1：https://cdn.kyodonewsprwire.jp/prwfile/release/M104105/202606030266/_prw_PI1fl_W2rwHY3K.png

此外，相較於商用LCO材料，LCNO(TM)提高了單位正極材料重量對應的放電能量密度，從而實現了兼具耐燃性和高能量密度的鋰離子充電電池。這一效能的實現關鍵在於SEL開發的正極活性材料LCNO(TM)所具有的結構穩定性。

圖片2：https://cdn.kyodonewsprwire.jp/prwfile/release/M104105/202606030266/_prw_PI2fl_slx7gJzp.png

圖片3：https://cdn.kyodonewsprwire.jp/prwfile/release/M104105/202606030266/_prw_PI3fl_0Auy3Dsm.png

2. 新開發的正極材料LCNO(TM)（鎳摻雜LCO）

作為正極活性材料的LiCoO2(LCO)已知會因反覆充放電而發生效能劣化。普通LCO在充電過程中（即鋰從LCO中脫離時），約在4.55V（相對於Li+/Li）時會發生向H1-3相(*5)的相變。其結果是CoO2層發生位移，在放電過程中無法恢復至原始狀態（O3相），從而導致充放電迴圈效能下降。

SEL新開發的LCNO(TM)不僅向LCO中摻雜了鎳，同時還加入了鎂。因此，鎳和鎂佔據了層狀巖鹽結構LCO中的鋰位點，從而支撐CoO2層（層狀結構）。經確認，即使在充電狀態（即鋰從LCNO中脫離時），該結構仍保持穩定。X射線衍射測量結果表明，在4.6V以上高電壓充電條件下（即大量鋰被提取時），LCNO不會轉變為H1-3相，而是轉變為不同於O3相的另一種晶體結構（O3'相）。

因此，LCNO(TM)電池具有極高的結構穩定性，有助於抑制高電壓充電以及充放電迴圈過程中產生的效能衰減。

SEL相信，這項開發成果將有助於構建一個沒有火災事故、更加安全可靠的社會。

圖片4：https://cdn.kyodonewsprwire.jp/prwfile/release/M104105/202606030266/_prw_PI4fl_uTGfU5u7.png

(*1)正極材料 用於構成儲電電極的材料。鋰離子充電電池由正極和負極組成，通過將活性材料顆粒與粘結劑和導電新增劑混合後塗覆在金屬箔上製成。

(*2)能量密度 單位體積或單位質量能夠儲存的電能量。

(*3)LCO 鈷酸鋰，主要用作移動裝置等需要小型化、輕量化以及大容量供電裝置中的電池正極材料。

(*4)熱失控 指電池過熱並進入無法控制狀態的現象。一旦發生，電池內部材料會發生反應，引發連鎖反應導致溫度持續升高，最終可能引發燃燒。

(*5)H1-3相 充電過程中晶體結構發生變化時出現的一種結構型別，會對充放電迴圈效能產生負面影響。

論文資訊 Communications Materials, 5, 108 (2024) https://doi.org/10.1038/s43246-024-00543-y

——標題：利用熔融氟化鹽控制鈷酸鋰相變以提升鋰離子電池效能(Controlling lithium cobalt oxide phase transition using molten fluoride salt for improved lithium-ion batteries) ——作者： Mayumi Mikami (1)、Jo Saito (1)、Teruaki Ochiai (1)、Masahiro Takahashi (1)、Tatsuyoshi Takahashi (1)、Yohei Momma (1)、Kazutaka Kuriki (1)、Rihito Wada (1)、Kazune Yokomizo (1)、Genki Kobayashi (2)、Shinichi Komaba(3)和Shunpei Yamazaki (1)

(1) 半導體能源研究所股份有限公司 (2) The Institute of Physical and Chemical Research） (3) The Tokyo University of Science）

關於半導體能源研究所股份有限公司

半導體能源研究所股份有限公司（總部：日本神奈川縣厚木市）自1980年成立以來，一直踐行專注於研發的獨特商業模式。

業務範圍： 研發 ——使用晶體氧化物半導體製造的電晶體和積體電路，以及相關半導體器件； ——電池材料及相關器件；以及 ——OLED材料和器件，以及相關顯示裝置。

利用晶體氧化物半導體開展原型器件開發，以評估大規模生產可行性。

發明專利申請及專利授權許可。

官方網站：https://www.sel.co.jp/en/