日本厚木2026年6月9日 /美通社/ -- 總部位于日本神奈川縣厚木市的株式會社半導(dǎo)體能源研究所（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"）。本次驗證采用了由SEL開發(fā)的新型正極活性材料(*1)——鎳摻雜鈷酸鋰（以下簡稱"LCNO?"）。結(jié)果表明，公司已成功實現(xiàn)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(fā)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，成功提升了耐燃性能。
在作為標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)溫度升高現(xiàn)象，表明未發(fā)生熱失控(*4)。
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此外，相較于商用LCO材料，LCNO(TM)提高了單位正極材料重量對應(yīng)的放電能量密度，從而實現(xiàn)了兼具耐燃性和高能量密度的鋰離子充電電池。這一性能的實現(xiàn)關(guān)鍵在于SEL開發(fā)的正極活性材料LCNO(TM)所具有的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
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圖片3：https://cdn.kyodonewsprwire.jp/prwfile/release/M104105/202606030266/_prw_PI3fl_0Auy3Dsm.png
2. 新開發(fā)的正極材料LCNO(TM)（鎳摻雜LCO）
作為正極活性材料的LiCoO2(LCO)已知會因反復(fù)充放電而發(fā)生性能劣化。普通LCO在充電過程中（即鋰從LCO中脫離時），約在4.55V（相對于Li+/Li）時會發(fā)生向H1-3相(*5)的相變。其結(jié)果是CoO2層發(fā)生位移，在放電過程中無法恢復(fù)至原始狀態(tài)（O3相），從而導(dǎo)致充放電循環(huán)性能下降。
SEL新開發(fā)的LCNO(TM)不僅向LCO中摻雜了鎳，同時還加入了鎂。因此，鎳和鎂占據(jù)了層狀巖鹽結(jié)構(gòu)LCO中的鋰位點，從而支撐CoO2層（層狀結(jié)構(gòu)）。經(jīng)確認(rèn)，即使在充電狀態(tài)（即鋰從LCNO中脫離時），該結(jié)構(gòu)仍保持穩(wěn)定。X射線衍射測量結(jié)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(zhuǎn)變?yōu)镠1-3相，而是轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌贠3相的另一種晶體結(jié)構(gòu)（O3'相）。
因此，LCNO(TM)電池具有極高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，有助于抑制高電壓充電以及充放電循環(huán)過程中產(chǎn)生的性能衰減。
SEL相信，這項開發(fā)成果將有助于構(gòu)建一個沒有火災(zāi)事故、更加安全可靠的社會。
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(*1)正極材料
用于構(gòu)成儲電電極的材料。鋰離子充電電池由正極和負(fù)極組成，通過將活性材料顆粒與粘結(jié)劑和導(dǎo)電添加劑混合后涂覆在金屬箔上制成。
(*2)能量密度
單位體積或單位質(zhì)量能夠儲存的電能量。
(*3)LCO
鈷酸鋰，主要用作移動設(shè)備等需要小型化、輕量化以及大容量供電設(shè)備中的電池正極材料。
(*4)熱失控
指電池過熱并進(jìn)入無法控制狀態(tài)的現(xiàn)象。一旦發(fā)生，電池內(nèi)部材料會發(fā)生反應(yīng)，引發(fā)連鎖反應(yīng)導(dǎo)致溫度持續(xù)升高，最終可能引發(fā)燃燒。
(*5)H1-3相
充電過程中晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時出現(xiàn)的一種結(jié)構(gòu)類型，會對充放電循環(huán)性能產(chǎn)生負(fù)面影響。
論文信息
Communications Materials, 5, 108 (2024)
https://doi.org/10.1038/s43246-024-00543-y
——標(biāo)題：利用熔融氟化鹽控制鈷酸鋰相變以提升鋰離子電池性能(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) 株式會社半導(dǎo)體能源研究所
(2) The Institute of Physical and Chemical Research）
(3) The Tokyo University of Science）
關(guān)于株式會社半導(dǎo)體能源研究所
株式會社半導(dǎo)體能源研究所（總部：日本神奈川縣厚木市）自1980年成立以來，一直踐行專注于研發(fā)的獨特商業(yè)模式。
業(yè)務(wù)范圍：
研發(fā)
——使用晶體氧化物半導(dǎo)體制造的晶體管和集成電路，以及相關(guān)半導(dǎo)體器件；
——電池材料及相關(guān)器件；以及
——OLED材料和器件，以及相關(guān)顯示設(shè)備。
利用晶體氧化物半導(dǎo)體開展原型器件開發(fā)，以評估大規(guī)模生產(chǎn)可行性。
發(fā)明專利申請及專利授權(quán)許可。
官方網(wǎng)站：https://www.sel.co.jp/en/
