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SEL利用新型正极材料LCNO(TM)（镍掺杂LCO）开发兼具耐燃性和高能量密度的锂离子充电电池

本文作者：株式会社半导体能点击： 2026-06-12 13:58

前言：

2026年6月9日--总部位于日本神奈川县厚木市的株式会社半导体能源研究所（Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd.，以下简称"SEL"）针对消费类锂离子充电电池开展了钉刺测试安全验证（以下简称"本次验证"）。本次验证采用了由SEL开发的新型正极活性材料(*1)——镍掺杂钴酸锂（以下简称"LCNO™"）。结果表明，公司已成功实现兼具耐燃性和高能量密度(*2)的锂离子充电电池。

1. 兼具耐燃性和高能量密度的锂离子充电电池

SEL新开发的LCNO(TM)电池，即锂离子充电电池，在保持钴酸锂(LCO(*3))电池高能量密度特性的同时，成功提升了耐燃性能。

在作为标准安全测试之一的钉刺测试中，SEL试制的LCNO(TM)电池被证实不会起火。电池表面未出现温度升高现象，表明未发生热失控(*4)。

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此外，相较于商用LCO材料，LCNO(TM)提高了单位正极材料重量对应的放电能量密度，从而实现了兼具耐燃性和高能量密度的锂离子充电电池。这一性能的实现关键在于SEL开发的正极活性材料LCNO(TM)所具有的结构稳定性。

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2. 新开发的正极材料LCNO(TM)（镍掺杂LCO）

作为正极活性材料的LiCoO2(LCO)已知会因反复充放电而发生性能劣化。普通LCO在充电过程中（即锂从LCO中脱离时），约在4.55V（相对于Li+/Li）时会发生向H1-3相(*5)的相变。其结果是CoO2层发生位移，在放电过程中无法恢复至原始状态（O3相），从而导致充放电循环性能下降。

SEL新开发的LCNO(TM)不仅向LCO中掺杂了镍，同时还加入了镁。因此，镍和镁占据了层状岩盐结构LCO中的锂位点，从而支撑CoO2层（层状结构）。经确认，即使在充电状态（即锂从LCNO中脱离时），该结构仍保持稳定。X射线衍射测量结果表明，在4.6V以上高电压充电条件下（即大量锂被提取时），LCNO不会转变为H1-3相，而是转变为不同于O3相的另一种晶体结构（O3'相）。

因此，LCNO(TM)电池具有极高的结构稳定性，有助于抑制高电压充电以及充放电循环过程中产生的性能衰减。

SEL相信，这项开发成果将有助于构建一个没有火灾事故、更加安全可靠的社会。

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(*1)正极材料

用于构成储电电极的材料。锂离子充电电池由正极和负极组成，通过将活性材料颗粒与粘结剂和导电添加剂混合后涂覆在金属箔上制成。

(*2)能量密度

单位体积或单位质量能够储存的电能量。

(*3)LCO

钴酸锂，主要用作移动设备等需要小型化、轻量化以及大容量供电设备中的电池正极材料。

(*4)热失控

指电池过热并进入无法控制状态的现象。一旦发生，电池内部材料会发生反应，引发连锁反应导致温度持续升高，最终可能引发燃烧。

(*5)H1-3相

充电过程中晶体结构发生变化时出现的一种结构类型，会对充放电循环性能产生负面影响。

论文信息

Communications Materials, 5, 108 (2024)

https://doi.org/10.1038/s43246-024-00543-y

——标题：利用熔融氟化盐控制钴酸锂相变以提升锂离子电池性能(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) 株式会社半导体能源研究所

(2) The Institute of Physical and Chemical Research）

(3) The Tokyo University of Science）

关于株式会社半导体能源研究所

株式会社半导体能源研究所（总部：日本神奈川县厚木市）自1980年成立以来，一直践行专注于研发的独特商业模式。

业务范围：

研发

——使用晶体氧化物半导体制造的晶体管和集成电路，以及相关半导体器件；

——电池材料及相关器件；以及

——OLED材料和器件，以及相关显示设备。

利用晶体氧化物半导体开展原型器件开发，以评估大规模生产可行性。

发明专利申请及专利授权许可。