在實現聯合國的可持續發展目標和碳中和目標過程中，能夠存儲更多能量的下一代電池至關重要。然而能量密度越高，熱失控的可能性就越大。若電池過熱，還有可能會發生電池爆炸。據外媒報道，日本東北大學（TohokuUniversity）和日本同步輻射研究所（JASRI）的研究人員在鋰離子電池中的氧氣釋放方面有新的發現，可為更強大、更安全的高能量密度電池鋪平道路。

正極活性材料釋放氧氣是熱失控的觸發因素，但人類對該過程還不夠了解。研究人員研究了鋰離子電池LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2（NCM111）的正極材料的氧氣釋放和相關結構變化。NCM111通過庫侖滴定（coulometrictitration）和X射線衍射可作為模型氧化物基電池材料。

研究人員發現NCM111能接受的氧釋放濃度為5mol%，且不會被分解，也不會因氧釋放引起結構無序，即鋰和鎳的交換。氧氣釋放會導致過渡金屬（NCM111中的鎳、鈷和錳）減少，從而降低這些金屬在材料中保持平衡電荷的能力。

為了對此進行評估，該研究小組在日本JASRI運營的大型同步加速器輻射設施BL27SUSPring-8上使用了軟X射線吸收光譜。在氧氣釋放的開始階段，研究人員觀察到NCM111中發生了選擇性Ni3+還原。Ni還原完成后，Co3+含量減少，而Mn4+在濃度為5mol%的氧氣釋放期間保持不變。

該論文的合著者TakashiNakamura表示：“還原行為表明高價NI（Ni3+）顯著增強了氧氣釋放。”為驗證這一假設，Nakamura及其同事制備了比原始NCM111含有更多Ni3+的改良NCM111。結果發現NCM111遠超預期，氧氣釋放得更多。

基于此，該研究小組提出，高價過渡金屬會導致氧化物基電池材料中的晶格氧不穩定。Nakamura表示：“此次發現將有助于進一步開發由過渡金屬氧化物組成的高能量密度和強大的下一代電池。”