Abstrakt
Lithium-ion-batterijen (LIB's) wurde beskôge as ien fan 'e wichtichste technologyen foar enerzjyopslach.As de enerzjytichtens fan batterijen tanimt, wurdt batterijfeiligens noch kritysk as de enerzjy ûnbedoeld wurdt frijlitten.Ûngemakken yn ferbân mei brannen en eksploazjes fan LIBs komme faak wrâldwiid.Guon hawwe serieuze bedrigingen feroarsake foar minsklik libben en sûnens en hawwe laat ta in protte produktherroepingen troch fabrikanten.Dizze ynsidinten binne herinneringen dat feiligens in betingst is foar batterijen, en serieuze problemen moatte wurde oplost foardat de takomstige tapassing fan hege-enerzjy batterijsystemen.Dizze resinsje is fan doel de fûneminten fan 'e oarsprong fan LIB-feiligensproblemen te gearfetsje en resinte wichtige foarútgong te markearjen yn materiaalûntwerp om LIB-feiligens te ferbetterjen.Wy ferwachtsje dat dizze resinsje fierdere ferbettering fan batterijfeiligens sil ynspirearje, foaral foar opkommende LIB's mei hege enerzjytichtens.
DE ORIGINEN FAN LIB SAFETY ISSUES
De organyske floeibere elektrolyt binnen LIB's is yntrinsysk flammabel.Ien fan 'e meast katastrofale mislearrings fan in LIB-systeem is it kaskadearjende thermyske runaway-evenemint, dat wurdt beskôge as de wichtichste oarsaak fan soargen oer batterijfeiligens.Yn 't algemien komt thermyske runaway foar as in eksothermyske reaksje út' e kontrôle giet.As de temperatuer fan 'e batterij opkomt nei boppe ~80 ° C, nimt de eksothermyske gemyske reaksjesnelheid yn' e batterijen ta en ferwaarmt de sel fierder, wat resulteart yn in positive feedbacksyklus.De kontinu tanimmende temperatueren kinne liede ta brân en eksploazjes, benammen foar grutte batterijpakketten.Dêrom kin it begripen fan 'e oarsaken en prosessen fan thermyske runaway it ûntwerp fan funksjonele materialen liede om de feiligens en betrouberens fan LIB's te ferbetterjen.It thermyske runaway-proses kin wurde ferdield yn trije stadia, lykas gearfette ynFig. 1.
figuer 1 Trije stadia foar de termyske runaway proses.
Fase 1: It begjin fan oververhitting.De batterijen feroarje fan in normale nei in abnormale steat, en de ynterne temperatuer begjint te ferheegjen.Fase 2: Heat accumulation en gas release proses.De ynterne temperatuer rint gau op, en de batterij ûndergiet eksothermyske reaksjes.Fase 3: Ferbaarning en eksploazje.De flammable electrolyte combusts, liedt ta brân en sels eksploazjes.
It begjin fan oververhitting (faze 1)
Thermal runaway begjint út de oververhitting fan it batterij systeem.De earste oververhitting kin foarkomme as gefolch fan it opladen fan de batterij boppe de ûntwurpen spanning (oerladen), bleatstelling oan te hege temperatueren, eksterne koartslutingen fanwege defekte bedrading, of ynterne koartslutingen troch seldefekten.Under harren is ynterne koarting de oerhearskjende reden foar thermyske runaway en is relatyf dreech te kontrolearjen.Ynterne shorting kin barre yn omstannichheden fan sel crush lykas eksterne metalen pún penetraasje;auto botsing;formaasje fan lithium dendrite ûnder opladen mei hege aktuele tichtens, ûnder oerladen betingsten of by lege temperatueren;en gebrekkige separators makke tidens batterij gearkomste, om in pear te neamen.Bygelyks, begjin oktober 2013, in Tesla-auto yn 'e buert fan Seattle rekke metalen pún dat it skyld en it batterijpakket trochbriek.De pún penetrearre de polymeer separators en direkt ferbûn de kathode en anode, wêrtroch't de batterij te koartslute en te fangen fjoer;yn 2016 wiene de Samsung Note 7-batterijbrannen troch de agressyf ultratinne skieding dy't maklik beskeadige waard troch bûtendruk of de weldingbarren op 'e positive elektrode, wêrtroch't de batterij koartslute.
Tidens poadium 1 feroaret de batterijoperaasje fan in normale nei in abnormale steat, en alle boppesteande problemen sille feroarsaakje dat de batterij oerverhit wurdt.As de ynterne temperatuer begjint te ferheegjen, einiget etappe 1 en begjint etappe 2.
Heatakkumulaasje en gasferliesproses (faze 2)
As poadium 2 begjint, nimt de ynterne temperatuer fluch omheech, en de batterij ûndergiet de folgjende reaksjes (dizze reaksjes komme net yn 'e krekte opjûne folchoarder; guon fan harren kinne tagelyk foarkomme):
(1) Solid electrolyte interphase (SEI) ûntbining fanwege oververhitting of fysike penetraasje.De SEI-laach bestiet benammen út stabile (lykas LiF en Li2CO3) en metastabiele [lykas polymers, ROCO2Li, (CH2OCO2Li)2, en ROLi] komponinten.De metastabiele komponinten kinne lykwols eksotermysk ûntbrekke by rûchwei >90 °C, wêrtroch brânbere gassen en soerstof frijlitte.Nim (CH2OCO2Li)2 as foarbyld
(CH2OCO2Li)2→Li2CO3+C2H4+CO2+0.5O2
(2) Mei de ûntbining fan SEI bout de temperatuer op, en it lithiummetaal as ynterkalearre lithium yn 'e anode sil reagearje mei de organyske solvents yn' e elektrolyt, it frijlitten fan brânbere koalwetterstofgassen (etaan, metaan, en oaren).Dit is in eksotermyske reaksje dy't de temperatuer fierder omheech driuwt.
(3) WannearT> ~130 ° C, de polyetyleen (PE) / polypropyleen (PP) skieding begjint te smelten, dy't fierder verslechtert de situaasje en feroarsaket in koartsluting tusken de kathode en de anode.
(4) Uteinlik feroarsake waarmte de ûntbining fan it lithiummetaalokside kathodemateriaal en resultearret yn frijlitting fan soerstof.Nim LiCoO2 as foarbyld, dat kin ûntbine begjinnend by ~ 180 ° C as folget
De ôfbraak fan 'e kathode is ek tige eksotermysk, wêrtroch't de temperatuer en druk fierder ferheegje en, as gefolch, de reaksjes fierder fersnelle.
Tidens poadium 2 nimt de temperatuer ta en wurdt soerstof sammelet yn batterijen.It thermyske runaway-proses giet troch fan poadium 2 nei etappe 3 sa gau as genôch soerstof en waarmte hawwe sammele foar batterijferbaarning.
Ferbaarning en eksploazje (faze 3)
Op poadium 3 begjint de ferbaarning.De elektrolyten fan LIB's binne organysk, dy't hast universele kombinaasjes binne fan cyclyske en lineêre alkylkarbonaten.Se hawwe hege volatiliteit en binne yntinsyf tige flammable.Troch de populêr brûkte karbonaatelektrolyt [it mingsel fan ethyleenkarbonaat (EC) + dimethylkarbonaat (DMC) (1:1 yn gewicht)] as foarbyld, hat it in dampdruk fan 4,8 kPa by keamertemperatuer en in ekstreem leech flitspunt fan 25° ± 1°C by in luchtdruk fan 1.013 bar.De frijlitten soerstof en waarmte yn poadium 2 jouwe de fereaske betingsten foar de ferbaarning fan flammable organyske elektrolyten, wêrtroch't brân- of eksploazjegefaar wurdt.
Yn stadia 2 en 3 komme de eksothermyske reaksjes foar ûnder near-adiabatyske omstannichheden.Sa is accelerated rate calorimetry (ARC) in breed brûkte technyk dy't it miljeu yn 'e LIB's simulearret, wat ús begryp fan' e thermyske runaway-reaksjekinetika fasilitearret.figuer 2toant in typyske ARC-kromme fan in LIB opnommen tidens de thermyske misbrûktests.Simulearje de temperatuerferhegingen yn poadium 2, in eksterne boarne fan waarmte fergruttet de batterijtemperatuer oant de begjintemperatuer.Boppe dizze temperatuer ûntbrekt de SEI, wat mear eksothermyske gemyske reaksjes útlizze sil.Uteinlik sil de separator smelte.De selsferwaarmingssnelheid sil dêrnei tanimme, wat liedt ta thermyske runaway (as de selsferwaarmingssnelheid> 10 ° C / min is) en elektrolytferbrâning (stage 3).
De anode is mesocarbon mikrobead grafyt.De kathode is LiNi0.8Co0.05Al0.05O2.De elektrolyt is 1,2 M LiPF6 yn EC/PC/DMC.In Celgard 2325 trilayer separator waard brûkt.Oanpast mei tastimming fan Electrochemical Society Inc.
Dêrby moat opmurken wurde dat de reaksjes yllustrearre hjirboppe net strikt plakfine ien nei de oare yn de opjûne folchoarder.It binne earder komplekse en systematyske problemen.
MATERIALEN MEI FERBETERDE BATTERYFEILIGHEID
Op grûn fan it begryp fan thermyske runaway fan batterijen, wurde in protte oanpak studearre, mei as doel om feiligens gefaren te ferminderjen troch it rasjonele ûntwerp fan batterijkomponinten.Yn 'e folgjende seksjes gearfetsje wy ferskate materialen oanpakken foar it ferbetterjen fan batterijfeiligens, it oplossen fan problemen dy't oerienkomme mei ferskate thermyske runaway-stadia.
Om de problemen op te lossen yn poadium 1 (it begjin fan oververhitting)
Betrouwbare anode materialen.De formaasje fan Li-dendriten op 'e anode fan LIB inisjearret de earste faze fan thermyske runaway.Hoewol dit probleem is fermindere yn 'e anodes fan kommersjele LIB's (bygelyks koalstofhoudende anodes), is de formaasje fan Li-dendriten net folslein ynhibeare.Bygelyks, yn kommersjele LIB's, komt dendriteôfsetting foarkar foar by grafytelektroderânen as de anodes en kathodes net goed keppele binne.Derneist kinne de ferkearde operaasjebetingsten fan 'e LIB's ek resultearje yn Li-metaalôfsetting mei dendritegroei.It is goed bekend dat dendrite kin maklik wurde foarme as de batterij wurdt opladen (i) by hege hjoeddeistige tichtens dêr't de delsetting fan Li metaal is flugger as de diffusion fan Li ioanen yn de bulk grafyt;(ii) ûnder overcharge betingsten as grafyt wurdt overlithiated;en (iii) by lege temperatueren [bygelyks subambient temperatuer (~ 0 ° C)], troch de ferhege viskositeit fan de floeibere electrolyte en de ferhege Li-ion diffusion ferset.
Fanút it eachpunt fan materiaaleigenskippen is de woarteloarsprong dy't it begjin fan Li-dendritegroei op 'e anode bepaalt de ynstabile en net-unifoarme SEI, dy't unjildige lokale aktuele ferdieling feroarsaket.Elektrolytekomponinten, benammen tafoegings, binne ûndersocht om SEI-unifoarmens te ferbetterjen en Li-dendritefoarming te eliminearjen.Typyske tafoegings omfetsje anorganyske ferbiningen [bygelyks CO2, LiI, ensfh.] en organyske ferbiningen dy't unsaturated koalstofbindingen befetsje lykas vinylenekarbonaat en maleimide-additieven;ynstabile cyclyske molekulen lykas butyrolactone, ethylene sulfite, en harren derivaten;en fluorinearre ferbiningen lykas fluorethylene carbonate, ûnder oaren.Sels op it nivo fan dielen per miljoen kinne dizze molekulen de SEI-morfology noch ferbetterje, sadat de Li-ionflux homogenisearje en de mooglikheid fan Li-dendritefoarming eliminearje.
Oer it algemien binne de Li-dendrite-útdagings noch oanwêzich yn grafyt- as koalstofhoudende anodes en silisium / SiO-anoden mei folgjende generaasje.It oplossen fan it probleem fan Li-dendritegroei is in útdaging dy't kritysk is foar de oanpassing fan Li-ion-chemie mei hege enerzjytichtens yn 'e heine takomst.Dêrby moat opmurken wurde dat, koartlyn, flinke ynspannings binne wijd oan it oplossen fan it probleem fan Li dendrite formaasje yn suver Li metalen anodes troch homogenizing de Li-ion flux tidens Li deposition;bygelyks, beskermjende laach coating, keunstmjittige SEI engineering, ensfh Yn dit aspekt, guon fan 'e metoaden koe mooglik ljocht skine op hoe't te pakken it probleem op carbonaceous anodes yn LIBs ek.
Multifunksjonele floeibere elektrolyten en separators.De floeibere elektrolyt en separator spylje wichtige rollen yn it fysyk skieden fan de hege-enerzjy kathode en anode.Sa kinne goed ûntworpen multyfunksjonele elektrolyten en separators de batterijen signifikant beskermje yn 'e iere faze fan' e thermyske runaway fan 'e batterij (stage 1).
Om batterijen te beskermjen fan meganysk ferpletterjen, is in floeibere elektrolyt dy't skuorjen dikke is krigen troch de ienfâldige tafoeging fan fumed silika oan karbonaatelektrolyt (1 M LiFP6 yn EC / DMC).By meganyske druk as ynfloed hat de floeistof in skuorjende verdikkingseffekt mei in ferheging fan viskositeit, wêrtroch't de ynfloedenerzjy ferdwynt en tolerânsje foar ferpletterjen (Fig. 3A)
Fig. 3 Strategyen om de problemen yn faze 1 op te lossen.
(A) Shear thickening electrolyte.Top: Foar normale elektrolyt kin meganyske ynfloed liede ta ynterne koarting fan 'e batterij, wêrtroch brânen en eksploazjes feroarsaakje.Under: De nije tûke elektrolyt mei skuorjende verdikkingseffekt ûnder druk as ynfloed toant in poerbêste tolerânsje foar ferpletterjen, wat de meganyske feiligens fan batterijen signifikant koe ferbetterje.(B) Bifunctional separators foar iere opspoaren fan lithium dendrites.Dendriteformaasje yn in tradisjonele lithiumbatterij, wêrby't folsleine penetraasje fan 'e separator troch in lithiumdendrite allinich ûntdutsen wurdt as de batterij falt fanwege in ynterne koartsluting.Yn ferliking, in lithiumbatterij mei in bifunksjonele skieding (besteande út in liedende laach tusken twa konvinsjonele skieders), wêrby't it oergroeide lithium dendrite de skieding penetreart en kontakt makket mei de liedende koperlaach, wat resulteart yn in drop ynVCu-Li, dy't tsjinnet as warskôging foar driigjende mislearring troch in ynterne koartsluting.De folsleine batterij bliuwt lykwols feilich operasjoneel mei potinsjeel net nul.(A) en (B) wurde oanpast of reprodusearre mei tastimming fan Springer Nature.(C) Trilayer separator om gefaarlike Li-dendriten te konsumearjen en batterijlibben te ferlingjen.Links: Lithiumanodes kinne maklik dendrityske ôfsettings foarmje, dy't stadichoan grutter wurde kinne en de inerte polymeerseparator penetrearje.As de dendriten úteinlik de kathode en anode ferbine, wurdt de batterij koartsluten en falt.Rjochts: In laach fan silika nanopartikels waard sandwiched troch twa lagen fan kommersjele polymer separators.Dêrom, as lithium dendrites groeie en penetrearje de separator, se sille kontakt opnimme mei de silica nanopartikels yn 'e sandwiched laach en wurde elektrochemysk konsumearre.(D) Scanning elektroanenmikroskopy (SEM) ôfbylding fan de silika nanopartikel sandwiched separator.(E) Typysk spanning tsjin tiidprofyl fan in Li / Li-batterij mei in konvinsjonele separator (reade kromme) en de silica nanoparticle sandwiched trilayer separator (swarte kromme) testen ûnder deselde betingsten.(C), (D), en (E) wurde reprodusearre mei tastimming fan John Wiley en Sons.(F) Skematyske yllustraasje fan de meganismen fan de redox shuttle additieven.Op in oerladen katode-oerflak wurdt it redox-additiv oksidearre ta de foarm [O], dy't dêrnei werombrocht wurde soe nei syn oarspronklike steat [R] op it oerflak fan 'e anode troch diffúsje troch de elektrolyt.De elektrogemyske syklus fan oksidaasje-diffúsje-reduksje-diffúsje kin foar ûnbepaalde tiid wurde hanthavene en slút it katodepotinsjeel dêrtroch fan gefaarlike oerladen.(G) Typyske gemyske struktueren fan de redox shuttle additieven.(H) Mechanisme fan de shutdown overcharge additieven dy't kin electrochemically polymerize op hege potentials.(I) Typyske gemyske struktueren fan de shutdown overcharge additieven.De wurkpotinsjes fan 'e tafoegings wurde neamd ûnder elke molekulêre struktuer yn (G), (H), en (I).
Separators kinne elektroanysk isolearje de katode en anode en spylje in wichtige rol yn it tafersjoch op de sûnens tastân fan in batterij in situ te kommen fierdere efterútgong ferline stadium 1. Bygelyks, in "bifunctional separator" mei in polymeer-metaal-polymeer trilayer konfiguraasje (Fig. 3B) kin in nije spanning-sensingfunksje leverje.As in dendrite útgroeit en de tuskenlizzende laach berikt, sil it de metalen laach en de anode sa ferbine dat in hommelse spanningsfal dertusken daliks opspoard wurde kin as in útfier.
Njonken deteksje waard in trijelagige skieding ûntworpen om de gefaarlike Li-dendriten te konsumearjen en har groei te fertragen nei it penetrearjen fan 'e skieding.In laach fan silika nanopartikels, sandwiched troch twa lagen fan kommersjele polyolefin separators (Fig. 3, C en D), kinne alle penetrearjende gefaarlike Li-dendriten konsumearje, sadat de batterijfeiligens effisjint ferbetterje.It libben fan 'e beskerme batterij waard signifikant ferlingd mei sawat fiif kear yn ferliking mei dat mei konvinsjonele separators (Fig. 3E).
Overcharge beskerming.Overcharge wurdt definiearre as it opladen fan in batterij boppe de ûntwurpen spanning.Overcharging koe wurde oanlutsen troch hege spesifike hjoeddeistige tichtens, agressive opladen profilen, ensfh, dat kin bringe oer in rige fan problemen, ynklusyf (ik) deposition fan Li metaal op 'e anode, dy't serieus beynfloedet de batterij syn electrochemical prestaasjes en feiligens;(ii) ûntbining fan it katodemateriaal, it frijlitten fan soerstof;en (iii) ûntbining fan 'e organyske elektrolyt, it frijlitten fan waarmte en gasfoarmige produkten (H2, koalwetterstoffen, CO, ensfh.), dy't ferantwurdlik binne foar thermyske runaway.De elektrogemyske reaksjes tidens de ûntbining binne yngewikkeld, wêrfan guon hjirûnder wurde neamd.
De asterisk (*) jout oan dat it wetterstofgas ûntstiet út 'e protyske, wêrtroch groepen wurde generearre tidens de oksidaasje fan karbonaten by de kathode, dy't dan diffúsje nei de anode om te ferminderjen en H2 te generearjen.
Op grûn fan 'e ferskillen yn har funksjes kinne de tafoegings foar beskerming fan overlading wurde klassifisearre as redox-shuttle-additieven en shutdown-additieven.De eardere beskermet de sel fan overcharge reversibel, wylst de lêste sel operaasje permanint beëiniget.
Redox-shuttle-additiven funksjonearje troch elektrogemysk de oerstallige lading dy't yn 'e batterij ynjeksje te shunten as oerlading optreedt.Lykas werjûn ynFig. 3F, It meganisme is basearre op in redox-additive dy't in oksidaasjepotinsjeel wat leger hat as dy fan 'e elektrolyt-anodyske ûntbining.Op in oerladen katode-oerflak wurdt it redox-additiv oxidearre ta de foarm [O], dy't dêrnei werombrocht wurde soe nei syn oarspronklike steat [R] op it oerflak fan 'e anode nei diffúsje troch de elektrolyt.Nei ôfrin kin it fermindere tafoeging werom nei de kathode diffúsje, en de elektrogemyske syklus fan "oksidaasje-diffusje-reduksje-diffusy" kin foar ûnbepaalde tiid wurde hanthavene en slút it katodepotential dus fan fierdere gefaarlike oerladen.Stúdzjes hawwe oantoand dat it redoxpotinsjeel fan 'e tafoegings sa'n 0,3 oant 0,4 V moat wêze boppe it potinsjeel fan 'e kathode.
In searje tafoegings mei goed oanpaste gemyske struktueren en redoxpotinsjes binne ûntwikkele, ynklusyf organometallyske metallocenen, phenothiazines, triphenylamines, dimethoxybenzenes en har derivaten, en 2-(pentafluorphenyl)-tetrafluoro-1,3,2-benzodioxaborole (Fig. 3G).Troch molekulêre struktueren op maat te meitsjen, kinne de additive oksidaasjepotentialen wurde ôfstimd op boppe 4 V, wat geskikt is foar de rap ûntwikkeljende heechspanningskathodematerialen en elektrolyten.It basisprinsipe fan ûntwerp omfettet it ferleegjen fan de heechste besette molekulêre orbital fan it tafoeging troch middel fan it tafoegjen fan elektroanen weromlûkende ferfangers, wat liedt ta in tanimming fan oksidaasjepotinsjeel.Njonken organyske tafoegings binne guon anorganyske sâlten, dy't net allinich kinne fungearje as it elektrolytsâlt, mar ek kinne tsjinje as in redox-shuttle, lykas perfluoroborane cluster sâlten [dat is, lithiumfluorododecaborates (Li2B12F)xH12-x)], binne ek fûn as effisjinte additieven foar redox-shuttle.
Additieven foar ôfsluting fan oerlading binne in klasse fan ûnomkearbere tafoegings foar beskerming fan oerlading.Se funksjonearje itsij troch it frijlitten fan gas by hege potensjes, wat op har beurt in aktuele ûnderbreker-apparaat aktivearret, of troch permanint elektrogemysk polymerisearjen by hege potensjes om de batterijoperaasje te beëinigjen foardat katastrofale resultaten foarkomme (Fig. 3H).Foarbylden fan de earste omfetsje xyleen, cyclohexylbenzene, en biphenyl, wylst foarbylden fan de lêste omfetsje biphenyl en oare substituearre aromaatyske ferbiningen (Fig. 3I).De negative effekten fan tafoegings foar ôfsluting binne noch de lange termyn operaasje en opslachprestaasjes fan 'e LIB's fanwegen de ûnomkearbere oksidaasje fan dizze ferbiningen.
Om de problemen op te lossen yn poadium 2 (waarmteakkumulaasje en gasferliesproses)
Betrouwbare kathodematerialen.Lithium oergong metaal oksides, lykas laach oksyden LiCoO2, LiNiO2, en LiMnO2;it spinel-type okside LiM2O4;en it polyanion-type LiFePO4, binne populêr brûkte kathodematerialen, dy't lykwols feiligensproblemen hawwe benammen by hege temperatueren.Under harren is de olivine-strukturearre LiFePO4 relatyf feilich, dy't stabyl is oant 400 ° C, wylst LiCoO2 begjint te ûntbinen by 250 ° C.De reden foar de ferbettere feiligens fan LiFePO4 is dat alle soerstofionen sterke kovalente bannen foarmje mei P5+ om de PO43− tetrahedrale polyanions te foarmjen, dy't it hiele trijediminsjonale ramt stabilisearje en ferbettere stabiliteit leverje yn ferliking mei oare kathodematerialen, hoewol d'r noch altyd binne wat batterijbrânûngemakken rapporteare.De grutte feiligenssoarch ûntstiet út 'e ûntbining fan dizze kathodematerialen by ferhege temperatueren en de simultane soerstof frijlitting, dy't tegearre kinne liede ta ferbaarning en eksploazjes, serieus kompromittearjen fan batterijfeiligens.Bygelyks, de kristalstruktuer fan it laach okside LiNiO2 is ynstabyl fanwege it bestean fan Ni2+, de ionyske grutte fan dat is fergelykber mei dy fan Li+.De delithiated LixNiO2 (x<1) hat de neiging om te konvertearjen nei in stabiler spinel-type faze LiNi2O4 (spinel) en rocksalt-type NiO, mei soerstof frijlitten yn floeibere elektrolyt op sawat 200 ° C, wat liedt ta elektrolytferbrâning.
Oanmerklike ynspanningen binne dien om de termyske stabiliteit fan dizze kathodematerialen te ferbetterjen troch atoomdoping en oerflakbeskermende coating.
Atoomdoping kin de termyske stabiliteit fan 'e lagen oksidematerialen signifikant ferheegje troch de resultearjende stabilisearre kristalstruktueren.De termyske stabiliteit fan LiNiO2 of Li1.05Mn1.95O4 kin gâns ferbettere wurde troch in dielferfanging fan Ni of Mn mei oare metalen kationen, lykas Co, Mn, Mg, en Al.Foar LiCoO2 kin de ynfiering fan doping- en legeringseleminten lykas Ni en Mn de temperatuer fan ûntbining drastysk ferheegjeTdec, wylst ek it foarkommen fan reaksjes mei electrolyte by hege temperatueren.Ferheegingen yn kathodetermyske stabiliteit komme lykwols yn 't algemien mei offers yn spesifike kapasiteit.Om dit probleem op te lossen, is in konsintraasjegradient kathodemateriaal foar oplaadbare lithiumbatterijen basearre op in laach lithium nikkel kobalt mangaan okside ûntwikkele (Fig. 4A).Yn dit materiaal hat elk dieltsje in Ni-rike sintrale bulk en in Mn-rike bûtenste laach, mei ôfnimmende Ni-konsintraasje en tanimmende Mn- en Co-konsintraasjes as it oerflak wurdt benadere (Fig. 4B).De earste jout hege kapasiteit, wylst de lêste ferbettert de termyske stabiliteit.Dit nije kathodemateriaal waard oantoand om de feiligens fan batterijen te ferbetterjen sûnder har elektrogemyske prestaasjes te kompromittearjen (Fig. 4C).
figuer 4 Strategyen foar in losse de problemen yn poadium 2: Betrouwbare kathodes.
(A) Skematyske diagram fan in positive elektrodes dieltsje mei in Ni-rike kearn omjûn troch in konsintraasje-gradient bûtenste laach.Elk dieltsje hat in Ni-rike sintrale bulk Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2 en in Mn-rike bûtenste laach [Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2] mei ôfnimmende Ni-konsintraasje en tanimmende Mn- en Co-konsintraasjes as it oerflak wurdt benadere.De earste jout hege kapasiteit, wylst de lêste ferbettert de termyske stabiliteit.De gemiddelde gearstalling is Li(Ni0.68Co0.18Mn0.18)O2.In skennende elektroanenmikrograaf fan in typysk dieltsje wurdt ek oan de rjochterkant toand.(B) Electron-probe x-ray mikroanalyse resultaten fan de lêste lithiated okside Li (Ni0.64Co0.18Mn0.18) O2.De stadige konsintraasjeferoaringen fan Ni, Mn, en Co yn 'e tuskenlaach binne evident.De Ni-konsintraasje nimt ôf, en de Co- en Mn-konsintraasjes ferheegje nei it oerflak.(C) Differinsjaal skennen calorimetry (DSC) spoaren sjen litte waarmte stream út de reaksje fan de electrolyte mei konsintraasje-gradient materiaal Li (Ni0.64Co0.18Mn0.18) O2, de Ni-rike sintrale materiaal Li (Ni0.8Co0.1Mn0. 1) O2, en de Mn-rike bûtenste laach [Li(Ni0.46Co0.23Mn0.31)O2].De materialen waarden belêste oan 4,3 V. (A), (B) en (C) wurde reprodusearre mei tastimming fan Springer Nature.(D) Lofts: Transmission electron microscopy (TEM) helderfjildôfbylding fan 'e AlPO4 nanopartikel-coated LiCoO2;enerzjy dispersive x-ray spektrometry befêstiget de Al en P komponinten yn de coating laach.Rjochts: TEM-ôfbylding mei hege resolúsje dy't de AlPO4 nanopartikels (~ 3 nm yn diameter) yn 'e nanoskaal coating laach toant;de pylken jouwe de ynterface oan tusken de AlPO4-laach en LiCoO2.(E) Lofts: In foto fan in sel mei in bleate LiCoO2 kathode nei de 12-V overcharge test.De sel baarnde en eksplodearre by dy spanning.Rjochts: In foto fan in sel mei de AlPO4 nanopartikel-coated LiCoO2 nei de 12-V overcharge test.(D) en (E) wurde reprodusearre mei tastimming fan John Wiley en Sons.
In oare strategy foar it ferbetterjen fan de termyske stabiliteit is om it katodemateriaal te bedekken mei in beskermjende tinne laach fan termysk stabile Li +-liedende ferbiningen, dy't it direkte kontakt fan katodematerialen mei elektrolyt foarkomme kinne en sadwaande kantreaksjes en waarmtegeneraasje ferminderje.De coatings kinne of anorganyske films wêze [bygelyks ZnO , Al2O3, AlPO4 , AlF3 , ensfh.], dy't Li-ionen kinne liede nei't se lithiearre binne (Fig. 4, D en E), of organyske films, lykas poly(diallyldimethylammoniumchloride), beskermjende films foarme troch γ-butyrolactone additieven, en multykomponinten additieven (besteande út vinylene carbonate, 1,3-propylene sulfite, en dimethylacetamide).
It yntrodusearjen fan in coating mei in positive temperatuerkoëffisjint is ek effektyf foar it fergrutsjen fan kathodefeiligens.Bygelyks, poly(3-decylthiophene)-coated LiCoO2-kathoden kinne elektrogemyske reaksjes en sydreaksjes ôfslute as de temperatuer opkomt oant> 80 ° C, om't de conductive polymearlaach rap kin transformearje nei in heul resistive steat.Coatings fan selsbeëinige oligomeren mei hyper-fertakte arsjitektuer kinne ek funksjonearje as in thermysk responsive blokkearjende laach om de batterij fan 'e katodekant ôf te sluten.
Thermysk skeakelbere stroomkollektor.It ôfsluten fan elektrogemyske reaksjes by ferheging fan batterijtemperatuer yn poadium 2 kin effisjint foarkomme dat de temperatuer fierder tanimme.In rappe en omkearbere thermoresponsive polymear-wikseling (TRPS) is yntern yn 'e hjoeddeistige samler opnommen (Fig. 5A).De TRPS tinne film bestiet út conductive graphene-coated spiky nanostructured nikkel (GrNi) dieltsjes as de conductive filler en in PE matrix mei in grutte termyske útwreiding koeffizient (α ~ 10-4 K-1).De as-fabricearre polymear gearstalde films litte hege konduktiviteit (σ) sjen by keamertemperatuer, mar as de temperatuer de skeakeltemperatuer benaderet (Ts), nimt de konduktiviteit binnen 1 s ôf mei sân oant acht oarders fan grutte as gefolch fan útwreiding fan polymearvolumint, dy't de konduktyf dieltsjes skiedt en de konduktive paden brekt (Fig. 5B).De film wurdt daliks isolearjend en beëiniget dêrmei de batterijoperaasje (Fig. 5C).Dit proses is heul omkearber en kin sels funksjonearje nei meardere oververhittingseveneminten sûnder de prestaasjes te kompromittearjen.
Fig. 5 Strategyen om de problemen yn poadium 2 op te lossen.
(A) Skematyske yllustraasje fan it termyske skeakelmeganisme fan 'e TRPS-stromkollektor.De feilige batterij hat ien of twa stromsamlers bedekt mei in tinne TRPS-laach.It wurket normaal by keamertemperatuer.Lykwols, yn gefal fan hege temperatuer of grutte stroom, de polymear matrix wreidet út, sa skieden de conductive dieltsjes, dat kin ferminderjen syn conductivity, sterk tanimme syn wjerstân en it ôfsluten fan de batterij.De batterijstruktuer kin dus sûnder skea beskerme wurde.By it ôfkuoljen krimpt it polymeer en wint de orizjinele geleidende paden werom.(B) Resistivity feroarings fan ferskillende TRPS films as funksje fan temperatuer, ynklusyf PE / GrNi mei ferskillende GrNi laden en PP / GrNi mei in 30% (v / v) laden fan GrNi.(C) Kapasiteit gearfetting fan de feilige LiCoO2 batterij fytst tusken 25 ° C en shutdown.De kapasiteit fan hast nul by 70 ° C jout folsleine ôfsluting oan.(A), (B), en (C) wurde reprodusearre mei tastimming fan Springer Nature.(D) Skematyske foarstelling fan mikrosphere-basearre shutdown konsept foar LIBs.Elektroden wurde funksjonalisearre mei thermoresponsive mikrosfearen dy't, boppe in krityske ynterne batterijtemperatuer, in thermyske oergong (melt) ûndergean.De smelte kapsules bedekke it elektrodes oerflak, foarmje in ionysk isolearjende barriêre en slute de batterijsel ôf.(E) In tinne en selsstannige anorganyske gearstalde membraan gearstald út 94% alumina dieltsjes en 6% styreen-butadiene rubber (SBR) bynmiddel waard taret troch in oplossing casting metoade.Rjochts: Foto's dy't de termyske stabiliteit sjen litte fan 'e anorganyske gearstalde separator en de PE-separator.De separators waarden hâlden op 130 ° C foar 40 min.De PE krimp signifikant út it gebiet mei it stippele plein.De gearstalde separator liet lykwols gjin dúdlike krimp sjen.Reprodusearre mei tastimming fan Elsevier.(F) Molekulêre struktuer fan guon hege-melting temperatuer polymers as separator materialen mei lege hege-temperatuer krimp.Boppe: polyimide (PI).Midden: cellulose.Under: poly(butylene)tereftalaat.(G) Lofts: Fergeliking fan 'e DSC-spektra fan' e PI mei de PE- en PP-skieding;de PI separator toant poerbêst termyske stabiliteit by it temperatuer berik fan 30 ° oan 275 ° C.Rjochts: Foto's fan digitale kamera's dy't de wettabiliteit fan in kommersjele skieding fergelykje en de as-synthesized PI-separator mei in elektrolyt fan propyleenkarbonaat.Reprodusearre mei tastimming fan 'e American Chemical Society.
Termyske shutdown separators.In oare strategy om te foarkommen dat batterijen thermyske rinnen rinne tidens poadium 2 is om it konduksjepaad fan Li-ionen troch de separator út te sluten.Separators binne wichtige komponinten foar de feiligens fan LIB's, om't se direkte elektrysk kontakt foarkomme tusken de hege-enerzjykathode en anodematerialen, wylst se ionysk ferfier mooglik meitsje.PP en PE binne de meast brûkte materialen, mar se hawwe minne thermyske stabiliteit, mei smeltpunten fan respektivelik ~165° en ~135°C.Foar kommersjele LIB binne separators mei in PP / PE / PP trilayer struktuer al kommersjalisearre, dêr't PE is in beskermjende middelste laach.As de ynterne temperatuer fan 'e batterij ferheget boppe in krityske temperatuer (~ 130 ° C), smelt de poreuze PE-laach foar in part, it sluten fan de filmpoaren en it foarkommen fan migraasje fan ioanen yn' e floeibere elektrolyt, wylst de PP-laach meganyske stipe leveret om ynterne te foarkommen. koartsjen.As alternatyf kin thermysk-induzearre shutdown fan LIB ek wurde berikt troch it brûken fan thermoresponsive PE- of paraffinewaaksmikrosferen as de beskermjende laach fan 'e batterijanodes of separators.As de ynterne batterijtemperatuer in krityske wearde berikt, smelten de mikrosfearen en bedekke de anode / skieding mei in net-permeabele barriêre, stopje Li-ion-transport en slute de sel permanint (Fig. 5D).
Separators mei hege termyske stabiliteit.Om de thermyske stabiliteit fan batterijskieders te ferbetterjen, binne twa oanpak ûntwikkele yn 'e ôfrûne ferskate jierren:
(1) Keramyk-ferbettere separators, makke troch direkte coating of op-oerflak groei fan keramyske lagen lykas SiO2 en Al2O3 op besteande polyolefin-separator-oerflakken of troch keramyske poeders ynbêde yn 'e polymere materialen (Fig. 5E), toant heul hege smeltpunten en hege meganyske sterkte en hawwe ek relatyf hege termyske konduktiviteit.Guon gearstalde separators makke troch dizze strategy binne kommersjalisearre, lykas Separion (in hannelsnamme).
(2) It feroarjen fan de separator materialen fan polyolefin nei hege-melting temperatuer polymers mei lege krimp by ferwaarming, lykas polyimide, cellulose, poly (butylene) terefthalate, en oare analoge poly (esters), is in oare effektive strategy foar it ferbetterjen fan de termyske stabiliteit fan ôfskieders (Fig. 5F).Bygelyks, polyimide is in thermoset polymeer dat wurdt rûnom beskôge as in kânsryk alternatyf fanwege syn treflike termyske stabiliteit (stabyl boppe 400 ° C), goede gemyske ferset, hege treksterkte, goede elektrolyt wettability, en flamfertraging (Fig. 5G).
Batterijpakketten mei koelfunksje.Termyske behearsystemen op apparaatskaal ynskeakele troch sirkulaasje fan lucht as floeibere koeling binne brûkt om batterijprestaasjes te ferbetterjen en temperatuerferhegingen te fertragen.Derneist binne materialen foar fazeferoaring lykas paraffinewaks yntegreare yn batterijpakketten om te fungearjen as in heatsink om har temperatuer te regeljen, sadat temperatuermisbrûk foarkommen wurdt.
Om de problemen op te lossen yn faze 3 (ferbaarning en eksploazje)
Waarmte, soerstof en brânstof, bekend as de "fjoertrijehoek", binne de nedige yngrediïnten foar de measte brânen.Mei de accumulation fan waarmte en soerstof generearre yn 'e stadia 1 en 2, sil de brânstof (dat is, heul flammable elektrolyten) automatysk begjinne te ferbaarnen.It ferminderjen fan de flammabiliteit fan 'e elektrolyt-oplosmiddels is essinsjeel foar batterijfeiligens en fierdere grutskalige tapassingen fan LIB's.
Flammefertragende additieven.Enoarme ûndersyksynspanningen binne wijd oan 'e ûntwikkeling fan flammefertragende additieven om de flammabiliteit fan floeibere elektrolyten te ferleegjen.De measte fan 'e flammefertragende tafoegings dy't brûkt wurde yn floeibere elektrolyten binne basearre op organyske fosforferbiningen as organyske halogenearre ferbiningen.Om't halogenen gefaarlik binne foar it miljeu en minsklike sûnens, binne de organyske fosforferbiningen mear kânsrike kandidaten as flammefertragende tafoegings fanwegen har hege flammefertragende fermogen en miljeufreonlikens.Typyske organyske fosforferbiningen omfetsje trimethylfosfaat, trifenylfosfaat, bis(2-methoxyethoxy)methylallylfosfonaat, tris(2,2,2-trifluorethyl)fosfiet, (ethoksy)pentafluorcyclotrifosfazen, ethyleneetylfosfaat, ensfh.Fig. 6A).It meganisme foar de flammefertragingseffekten fan dizze fosfor-befettende ferbiningen wurdt algemien leaud dat it in gemysk radikale-scavenging proses is.By ferbaarning kinne de fosfor-befettende molekulen ûntbine ta fosfor-befette frije-radikale soarten, dy't dan de radikalen (bgl.Fig. 6, B en C).Spitigernôch komt de fermindering fan flammabiliteit mei de tafoeging fan dizze fosfor-befettende flammefertragers op kosten fan elektrogemyske prestaasjes.Om dizze trade-off te ferbetterjen, hawwe oare ûndersikers wat oanpassings makke oan har molekulêre struktuer: (i) in part fluorination fan de alkyl phosphates kin ferbetterje harren reductive stabiliteit en harren flamme retardancy effektiviteit;(ii) it brûken fan ferbiningen dy't sawol beskermjende filmfoarmjende en flammefertragende eigenskippen hawwe, lykas bis(2-methoxyethoxy)methylallylfosfonaat, wêrby't de allylyske groepen kinne polymerisearje en in stabile SEI-film foarmje op grafytflakken, sadat gefaarlike siden effektyf foarkomme. reaksjes;(iii) feroaring fan P(V)-fosfaat yn P(III)-fosfiten, dy't SEI-formaasje fasilitearje en gefaarlike PF5 kinne deaktivearje [bygelyks tris(2,2,2-trifluorethyl)fosfiet];en (iv) it ferfangen fan organofosfaat-additiven mei cyclyske phosphazenes, benammen fluorinated cyclophosphazene, dy't elektrochemyske kompatibiliteit hawwe ferbettere.
Fig. 6 Strategyen om de problemen yn faze 3 op te lossen.
(A) Typyske molekulêre struktueren fan flammefertragende tafoegings.(B) It meganisme foar de flammefertraging effekten fan dizze fosfor-befette ferbiningen wurdt algemien leaud te wêzen in gemysk radikale-scavenging proses, dat kin beëinigje de radikale keatling reaksjes ferantwurdlik foar de ferbaarning reaksje yn de gas faze.TPP, trifenylfosfaat.(C) De self-extinguish tiid (SET) fan de typyske carbonate electrolyte kin gâns fermindere mei de tafoeging fan triphenyl phosphate.(D) Skematyk fan de "tûke" electrospun separator mei termyske-triggered flammefertragende eigenskippen foar LIBs.De frijsteande separator is gearstald út mikrofibers mei in kearn-shell-struktuer, wêrby't de flammefertrager de kearn is en it polymeer de shell.By termyske triggering smelt de polymeershell en dan wurdt de ynkapsulearre flammefertrager frijlitten yn 'e elektrolyt, sadat de ûntstekking en it ferbaarnen fan' e elektrolyten effektyf ûnderdrukt.(E) SEM-ôfbylding fan 'e TPP@PVDF-HFP-mikrofibers nei it etsen toant dúdlik har kearn-shell-struktuer.Skaalbalke, 5 μm.(F) Typyske molekulêre struktueren fan ionyske floeistof by keamertemperatuer brûkt as net-flammable elektrolyten foar LIB's.(G) De molekulêre struktuer fan PFPE, in net-flammable perfluorinated PEO-analog.Twa methylkarbonaatgroepen wurde wizige op 'e terminals fan polymeerketens om de kompatibiliteit fan' e molekulen te garandearjen mei hjoeddeistige batterijsystemen.
It moat opmurken wurde dat d'r altyd in kompromis is tusken de fermindere flammabiliteit fan 'e elektrolyt en selprestaasjes foar de neamde tafoegings, hoewol dit kompromis is ferbettere troch de boppesteande molekulêre ûntwerpen.In oare foarstelde strategy om dit probleem op te lossen omfettet it opnimmen fan de flammefertrager yn 'e beskermjende polymearshell fan mikrofibers, dy't fierder wurde steapele om in nonwoven skieding te foarmjen (Fig. 6D).In nije electrospun nonwoven microfiber separator mei termysk-triggered flamme-fertragende eigenskippen waard fabrisearre foar LIBs.De ynkapseling fan 'e flammefertrager yn' e beskermjende polymeershell foarkomt direkte bleatstelling fan 'e flammefertrager oan' e elektrolyt, foarkomt negative effekten fan 'e retardanten op' e elektrogemyske prestaasjes fan 'e batterij (Fig. 6E).As thermyske runaway fan 'e LIB-batterij lykwols optreedt, sil de poly(vinylidenfluoride-hexafluoropropylene) copolymer (PVDF-HFP) shell smelte as de temperatuer ferheget.Dan sil de ynkapsele triphenylfosfaat flammefertrager yn 'e elektrolyt frijlitten wurde, sadat de ferbaarning fan' e heul ûntvlambere elektrolyten effektyf ûnderdrukt.
In konsept "sâlt-konsintrearre elektrolyt" waard ek ûntwikkele om dit dilemma op te lossen.Dizze brânblusserende organyske elektrolyten foar oplaadbare batterijen befetsje LiN(SO2F)2 as it sâlt en in populêre flammefertrager fan trimethylfosfaat (TMP) as ienige solvent.De spontane formaasje fan in robúste sâlt-ôflaat anorganyske SEI op 'e anode is krúsjaal foar stabile elektrogemyske prestaasjes.Dizze nije strategy kin wurde útwreide nei ferskate oare flammefertragers en kin in nije avenue iepenje foar it ûntwikkeljen fan nije flammefertragende oplosmiddelen foar feiliger LIB's.
Net-flammable floeibere elektrolyten.In ultime oplossing foar de feiligensproblemen fan 'e elektrolyt soe wêze om yntrinsysk net-flammable elektrolyten te ûntwikkeljen.Ien groep net-flammable elektrolyten dy't wiidweidich ûndersocht is, is ionyske floeistoffen, benammen ionyske floeistoffen by keamertemperatuer, dy't net-flechtich binne (gjin detectable dampdruk ûnder 200 ° C) en net-flammabel en hawwe in breed temperatuerfinster (Fig. 6F).Trochrinnend ûndersyk is lykwols noch altyd nedich om de problemen op te lossen fan kapasiteiten mei lege taryf dy't fuortkomme út har hege viskositeit, lege Li-oerdrachtnûmer, katodyske as reduktive ynstabiliteit, en de hege kosten fan ionyske floeistoffen.
Low-molekulêre gewicht hydrofluoroethers binne in oare klasse fan nonflammable floeibere electrolytes fanwege harren hege of gjin flitspunt, nonflammability, lege oerflak spanning, lege viscosity, lege freezing temperatuer, ensfh.Goed molekulêr ûntwerp moat wurde makke om har gemyske eigenskippen oan te passen om te foldwaan oan 'e kritearia fan batterijelektrolyten.In nijsgjirrich foarbyld dat koartlyn is rapportearre is perfluoropolyether (PFPE), in perfluorinearre polyetyleen okside (PEO) analoog dat bekend is om syn net-flammabiliteit (Fig. 6G).Twa methylkarbonaatgroepen wurde wizige op 'e terminalgroepen fan PFPE-keatlingen (PFPE-DMC) om de kompatibiliteit fan 'e molekulen te garandearjen mei hjoeddeistige batterijsystemen.Sa kinne de net-flammabiliteit en thermyske stabiliteit fan PFPE's de feiligens fan LIB's signifikant ferbetterje, wylst it nûmer fan elektrolyt-oerdracht ferhege wurdt troch it unike ûntwerp fan molekulêre struktuer.
Fase 3 is de lêste, mar benammen krúsjale etappe foar it thermyske runaway-proses.It moat opmurken wurde dat hoewol grutte ynspanningen binne wijd oan it ferminderjen fan 'e flammabiliteit fan' e state-of-the-art floeibere elektrolyt, it gebrûk fan fêste-state elektrolyten dy't net-flechtich binne toant grutte belofte.Fêste elektrolyten falle benammen yn twa kategoryen: anorganyske keramyske elektrolyten [sulfiden, oksiden, nitriden, fosfaten, ensfh.] en fêste polymearelektrolyten [mingen fan Li-sâlten mei polymearen, lykas poly(etyleenoksyd), polyacrylonitrile, ensfh.].Ynspanningen om fêste elektrolyten te ferbetterjen sille hjir net detaillearre wurde, om't dit ûnderwerp al goed is gearfette yn ferskate resinte resinsjes.
OUTLOOK
Yn it ferline binne in protte nije materialen ûntwikkele om batterijfeiligens te ferbetterjen, hoewol it probleem noch net folslein oplost is.Derneist ferskille de meganismen ûnderlizzende feiligensproblemen foar elke ferskillende batterijgemy.Sa soene spesifike materialen moatte wurde ûntwurpen foar ferskate batterijen.Wy leauwe dat effisjinter metoaden en goed ûntwurpen materialen noch te ûntdekken bliuwe.Hjir listje wy ferskate mooglike rjochtingen foar takomstich ûndersyk nei batterijfeiligens.
Earst is it wichtich om in situ of yn operando-metoaden te ûntwikkeljen om de ynterne sûnensomstannichheden fan LIB's te detektearjen en te kontrolearjen.Bygelyks, it thermyske runaway-proses is nau besibbe oan de ynterne temperatuer as drukferheging binnen LIB's.De temperatuerferdieling binnen batterijen is lykwols frij kompleks, en metoaden binne nedich om de wearden foar elektrolyten en elektroden krekt te kontrolearjen, lykas separators.Sa is it kritysk om dizze parameters foar ferskate komponinten te mjitten foar diagnoaze en sadwaande gefaren foar batterijfeiligens te foarkommen.
De termyske stabiliteit fan separators is krúsjaal foar batterijfeiligens.De nij ûntwikkele polymers mei hege smeltpunten binne effektyf by it fergrutsjen fan de termyske yntegriteit fan 'e separator.Har meganyske eigenskippen binne lykwols noch inferior, wat har ferwurkberens by batterijmontage sterk ferminderje.Boppedat is priis ek in wichtige faktor dy't moat wurde beskôge foar praktyske tapassingen.
De ûntwikkeling fan fêste elektrolyten liket de ultime oplossing te wêzen foar de feiligensproblemen fan LIB's.De bêst elektrolyt sil gâns ferminderje de mooglikheid fan batterij ynterne shorting, tegearre mei it risiko fan brannen en eksploazjes.Hoewol grutte ynspanningen binne wijd oan 'e foarútgong fan fêste elektrolyten, bliuwt har prestaasjes fier efter dy fan floeibere elektrolyten.Kompositen fan anorganyske en polymearelektrolyten litte in grut potensjeel sjen, mar se fereaskje delikat ûntwerp en tarieding.Wy beklamje dat goed ûntwerp fan 'e anorganyske-polymeer-ynterfaces en engineering fan har ôfstimming krúsjaal binne foar effisjint Li-ion-ferfier.
Dêrby moat opmurken wurde dat de floeibere electrolyte is net de ienige batterij komponint dat is combustible.Bygelyks, as LIB's heech opladen binne, binne de brânbere lithiated anode materialen (bygelyks lithiated graphite) ek in grutte feiligenssoarch.Flamfertragers dy't effisjint brânen fan fêste-state-materialen kinne retardearje, wurde heech frege om har feiligens te ferheegjen.De flammefertragers kinne wurde mingd mei it grafyt yn 'e foarm fan polymearbinders as konduktyf kaders.
Batterijfeiligens is in frij komplekse en ferfine probleem.De takomst fan batterijfeiligens freget om mear ynspanningen yn fûnemintele meganistyske stúdzjes foar djipper begryp neist mear avansearre karakterisaasjemetoaden, dy't fierdere ynformaasje kinne biede om materiaalûntwerp te begelieden.Hoewol dizze resinsje rjochtet him op feiligens op materiaalnivo, moat opmurken wurde dat in holistyske oanpak fierder nedich is om it feiligensprobleem fan LIB's op te lossen, wêr't materialen, selkomponinten en opmaak, en batterijmodule en -pakketten gelikense rollen spylje om batterijen betrouber te meitsjen foardat se wurde útbrocht op 'e merk.
Ferwizings EN OPMERKINGEN
Kai Liu, Yayuan Liu, DingchangLin, Allen Pei, Yi Cui, Materialen foar lithium-ion-batterijfeiligens, ScienceAdvances, DOI:10.1126/sciadv.aas9820
Post tiid: Jun-05-2021
