Áljẹbrà
Awọn batiri Lithium-ion (LIBs) ni a gba pe o jẹ ọkan ninu awọn imọ-ẹrọ ipamọ agbara pataki julọ.Bi iwuwo agbara ti awọn batiri ṣe n pọ si, aabo batiri paapaa ṣe pataki diẹ sii ti agbara ba ti tu silẹ laimọ-imọ.Awọn ijamba ti o ni ibatan si awọn ina ati awọn bugbamu ti LIBs waye nigbagbogbo ni agbaye.Diẹ ninu awọn ti fa awọn eewu to ṣe pataki si igbesi aye eniyan ati ilera ati ti yori si ọpọlọpọ awọn iranti ọja nipasẹ awọn aṣelọpọ.Awọn iṣẹlẹ wọnyi jẹ awọn olurannileti pe ailewu jẹ pataki ṣaaju fun awọn batiri, ati pe awọn ọran to ṣe pataki nilo lati yanju ṣaaju ohun elo ọjọ iwaju ti awọn eto batiri agbara-giga.Atunwo yii ni ero lati ṣe akopọ awọn ipilẹ ti awọn ipilẹṣẹ ti awọn ọran aabo LIB ati ṣe afihan ilọsiwaju bọtini aipẹ ni apẹrẹ awọn ohun elo lati mu aabo LIB dara si.A nireti pe Atunwo yii yoo fun ilọsiwaju siwaju si ni aabo batiri, pataki fun awọn LIB ti n yọ jade pẹlu iwuwo agbara-giga.
ORIGIN TI ORO AABO LIB
Electrolyte olomi Organic inu LIBs jẹ ina ni inu inu.Ọkan ninu awọn ikuna ajalu pupọ julọ ti eto LIB kan ni iṣẹlẹ isẹlẹ igbona ti n ṣan silẹ, eyiti o jẹ idi akọkọ ti awọn ifiyesi aabo batiri.Ni gbogbogbo, igbona runaway waye nigbati iṣesi exothermic ba jade ni iṣakoso.Bi iwọn otutu ti batiri naa ti ga si oke ~ 80 ° C, oṣuwọn ifaseyin kemikali exothermic inu awọn batiri n pọ si ati siwaju sii gbona sẹẹli naa, ti o mu abajade abajade rere kan.Awọn iwọn otutu ti nyara nigbagbogbo le ja si awọn ina ati awọn bugbamu, paapaa fun awọn akopọ batiri nla.Nitorina, agbọye awọn idi ati awọn ilana ti imudani ti o gbona le ṣe itọnisọna apẹrẹ awọn ohun elo iṣẹ-ṣiṣe lati mu ailewu ati igbẹkẹle ti LIBs dara sii.Ilana salọ igbona le pin si awọn ipele mẹta, bi a ti ṣe akopọ ninuaworan 1.
Aworan 1 Awọn ipele mẹta fun ilana imunkuro gbona.
Ipele 1: Ibẹrẹ ti igbona.Awọn batiri naa yipada lati deede si ipo ajeji, ati iwọn otutu inu bẹrẹ lati pọ si.Ipele 2: Ikojọpọ ooru ati ilana itusilẹ gaasi.Iwọn otutu inu yara nyara, ati batiri naa ni awọn aati exothermal.Ipele 3: ijona ati bugbamu.Awọn ina elekitiroti combusts, yori si ina ati paapa bugbamu.
Ibẹrẹ ti igbona pupọ (ipele 1)
Gbona runaway bẹrẹ lati igbona ti eto batiri.Imuju gbigbona akọkọ le waye bi abajade ti gbigba agbara batiri kọja foliteji ti a ṣe apẹrẹ (gbigba agbara), ifihan si awọn iwọn otutu ti o pọ ju, awọn iyika kukuru ita nitori wiwọ aṣiṣe, tabi awọn iyika kukuru inu nitori awọn abawọn sẹẹli.Lara wọn, kukuru ti inu jẹ idi pataki julọ fun salọ igbona ati pe o nira pupọ lati ṣakoso.Kukuru ti inu le ṣẹlẹ ni awọn ipo ti fifun sẹẹli gẹgẹbi ilaluja idoti irin ita;ijamba ọkọ;dida lithium dendrite labẹ gbigba agbara iwuwo lọwọlọwọ giga, labẹ awọn ipo gbigba agbara tabi ni awọn iwọn otutu kekere;ati flawed separators da nigba batiri ijọ, fun orukọ kan diẹ.Fun apẹẹrẹ, ni ibẹrẹ Oṣu Kẹwa 2013, ọkọ ayọkẹlẹ Tesla kan nitosi Seattle lu awọn idoti irin ti o gun apata ati idii batiri naa.Awọn idoti naa wọ inu awọn oluyapa polima ati pe o sopọ taara cathode ati anode, nfa batiri si kukuru-yika ati lati mu ina;ni 2016, awọn Samsung Akọsilẹ 7 batiri ina wà nitori awọn aggressively ultrathin separator ti a ti awọn iṣọrọ bajẹ nipa ita titẹ tabi awọn alurinmorin burrs lori rere elekiturodu, nfa batiri si kukuru-Circuit .
Lakoko ipele 1, iṣẹ batiri yipada lati deede si ipo ajeji, ati gbogbo awọn ọran ti a ṣe akojọ loke yoo fa ki batiri naa gbona.Nigbati iwọn otutu inu ba bẹrẹ lati pọ si, ipele 1 pari ati ipele 2 bẹrẹ.
Ikojọpọ ooru ati ilana itusilẹ gaasi (ipele 2)
Bi ipele 2 ṣe bẹrẹ, iwọn otutu ti inu yara nyara, batiri naa si ni awọn aati wọnyi (awọn aati wọnyi ko waye ni aṣẹ ti a fun ni deede, diẹ ninu wọn le waye ni akoko kanna):
(1) Idagbasoke elekitirolyte ti o lagbara (SEI) nitori gbigbona pupọ tabi ilaluja ti ara.Layer SEI ni akọkọ ni iduroṣinṣin (bii LiF ati Li2CO3) ati awọn paati metastable [gẹgẹbi awọn polima, ROCO2Li, (CH2OCO2Li) 2, ati ROLi].Sibẹsibẹ, awọn paati metastable le decompose ni aijọju>90°C, jijade awọn gaasi ina ati atẹgun.Mu (CH2OCO2Li) 2 gẹgẹbi apẹẹrẹ
(CH2OCO2Li)2→Li2CO3+C2H4+CO2+0.5O2
(2) Pẹlu jijẹ ti SEI, iwọn otutu n dagba soke, ati litiumu irin tabi lithium intercalated ni anode yoo fesi pẹlu awọn olomi Organic ni elekitiroti, dasile flammable hydrocarbon gaasi (ethane, methane, ati awọn miiran) .Eleyi jẹ ẹya exothermic lenu ti o iwakọ awọn iwọn otutu soke siwaju.
(3) NigbawoT> ~ 130 ° C, awọn polyethylene (PE) / polypropylene (PP) separator bẹrẹ lati yo, eyi ti siwaju deteriorates awọn ipo ati ki o fa a kukuru Circuit laarin awọn cathode ati awọn anode.
(4) Nikẹhin, ooru nfa idibajẹ ti awọn ohun elo cathode oxide lithium ati awọn esi ni idasilẹ ti atẹgun.Mu LiCoO2 gẹgẹ bi apẹẹrẹ, eyiti o le decompose bẹrẹ ni ~ 180°C bi atẹle
Idinku ti cathode tun jẹ exothermic giga, siwaju sii jijẹ iwọn otutu ati titẹ ati, bi abajade, yiyara awọn aati siwaju sii.
Lakoko ipele 2, iwọn otutu pọ si ati atẹgun n ṣajọpọ ninu awọn batiri.Ilana salọ igbona n tẹsiwaju lati ipele 2 si ipele 3 ni kete ti atẹgun ti o to ati ooru ti kojọpọ fun ijona batiri.
Ijona ati bugbamu (ipele 3)
Ni ipele 3, ijona bẹrẹ.Awọn elekitiroti ti LIBs jẹ Organic, eyiti o fẹrẹ jẹ awọn akojọpọ gbogbo agbaye ti cyclic ati awọn carbonates alkyl laini.Wọn ni ailagbara giga ati pe wọn jẹ ina ni intrinsically ga.Gbigba electrolyte kaboneti ti o gbajumo ni lilo [adapọ ethylene carbonate (EC) + dimethyl carbonate (DMC) (1:1 nipa iwuwo)] gẹgẹbi apẹẹrẹ, o ṣe afihan titẹ oru ti 4.8 kPa ni iwọn otutu yara ati aaye filasi kekere pupọ julọ. ti 25° ± 1°C ni titẹ afẹfẹ ti 1.013 bar.Atẹgun ti a tu silẹ ati ooru ni ipele 2 pese awọn ipo ti o nilo fun ijona ti awọn elekitiroti eleto eleto ina, nitorinaa nfa ina tabi awọn eewu bugbamu.
Ni awọn ipele 2 ati 3, awọn aati exothermic waye labẹ awọn ipo adiabatic nitosi.Nitorinaa, calorimetry oṣuwọn isare (ARC) jẹ ilana ti a lo jakejado ti o ṣe adaṣe agbegbe inu awọn LIBs, eyiti o jẹ ki oye wa ti awọn kainetics ifaseyin ti o lọ kuro ni igbona.olusin 2ṣe afihan ọna ARC aṣoju ti LIB ti o gbasilẹ lakoko awọn idanwo ilokulo igbona.Simulating awọn iwọn otutu posi ni ipele 2, ohun ita orisun ti ooru mu ki awọn batiri otutu si awọn ibẹrẹ otutu.Loke iwọn otutu yii, SEI decomposes, eyi ti yoo fa awọn aati kemikali exothermic diẹ sii.Nigbamii, oluyapa yoo yo.Oṣuwọn alapapo ti ara ẹni yoo pọ si lẹhinna, ti o yori si ilọ kuro ni igbona (nigbati iwọn alapapo ti ara ẹni jẹ>10°C/min) ati ijona elekitiroti (ipele 3).
Awọn anode jẹ mesocarbon microbead graphite.Awọn cathode ni LiNi0.8Co0.05Al0.05O2.Electrolyte jẹ 1.2 M LiPF6 ni EC/PC/DMC.Oluyapa onisẹpo mẹta Celgard 2325 ti lo.Ti ṣe atunṣe pẹlu igbanilaaye lati ọdọ Electrochemical Society Inc.
O yẹ ki o ṣe akiyesi pe awọn aati ti o ṣapejuwe loke ko ṣẹlẹ ni pataki ni ọkan lẹhin ekeji ni aṣẹ ti a fun.Wọn jẹ, dipo, awọn ọran eka ati eto.
Awọn ohun elo ti o ni ilọsiwaju Aabo batiri
Da lori oye ti salọ igbona batiri, ọpọlọpọ awọn isunmọ ti wa ni ikẹkọ, pẹlu ero ti idinku awọn eewu ailewu nipasẹ apẹrẹ onipin ti awọn paati batiri.Ni awọn apakan ti o tẹle, a ṣe akopọ awọn isunmọ awọn ohun elo ti o yatọ si ilọsiwaju aabo batiri, yanju awọn iṣoro ti o baamu si awọn ipele salọ igbona oriṣiriṣi.
Lati yanju awọn iṣoro ni ipele 1 (ibẹrẹ ti igbona pupọ)
Awọn ohun elo anode ti o gbẹkẹle.Ipilẹṣẹ Li dendrite lori anode ti LIB bẹrẹ ipele akọkọ ti runaway gbona.Botilẹjẹpe ọrọ yii ti dinku ni awọn anodes ti awọn LIBs ti iṣowo (fun apẹẹrẹ, awọn anodes carbonaceous), didasilẹ Li dendrite ko ti ni idiwọ patapata.Fun apẹẹrẹ, ni awọn LIBs ti iṣowo, ifisilẹ dendrite waye ni pataki ni awọn egbegbe elekitirodi graphite ti awọn anodes ati awọn cathodes ko ba so pọ daradara.Ni afikun, awọn ipo iṣiṣẹ ti ko tọ ti awọn LIBs tun le ja si idasile irin Li pẹlu idagbasoke dendrite.O ti wa ni daradara mọ pe dendrite le wa ni awọn iṣọrọ akoso ti o ba ti batiri gba agbara (i) ni ga lọwọlọwọ iwuwo ibi ti awọn iwadi oro ti Li irin ni yiyara ju awọn itankale Li ions ni olopobobo graphite;(ii) labẹ awọn ipo gbigba agbara nigbati graphite jẹ apọju;ati (iii) ni awọn iwọn otutu kekere [fun apẹẹrẹ, iwọn otutu submbient (~ 0°C)], nitori iki ti o pọ si ti elekitiroli olomi ati ilodisi itankale Li-ion ti o pọ si.
Lati oju-ọna ti awọn ohun-ini awọn ohun elo, orisun orisun ti npinnu ibẹrẹ ti idagbasoke Li dendrite lori anode jẹ riru ati nonuniform SEI, eyiti o fa pinpin lọwọlọwọ agbegbe ti ko ni deede.Awọn paati elekitiroti, paapaa awọn afikun, ti ṣe iwadii lati mu isokan SEI dara ati imukuro dida Li dendrite.Awọn afikun ti o wọpọ pẹlu awọn agbo ogun inorganic [fun apẹẹrẹ, CO2, LiI, ati bẹbẹ lọ] ati awọn agbo-ara ti o ni awọn ifunmọ erogba ti ko ni itọrẹ gẹgẹbi carbonate vinylene ati awọn afikun maleimide;awọn ohun elo cyclic ti ko ni iduroṣinṣin gẹgẹbi butyrolactone, ethylene sulfite, ati awọn itọsẹ wọn;ati awọn agbo ogun fluorinated gẹgẹbi kaboneti fluoroethylene, laarin awọn miiran.Paapaa ni ipele-fun-milionu kan, awọn ohun elo wọnyi tun le mu ilọsiwaju imọ-jinlẹ SEI, nitorinaa ṣe imudara ṣiṣan Li-ion ati imukuro iṣeeṣe ti dida Li dendrite.
Lapapọ, awọn italaya Li dendrite tun wa ni graphite tabi awọn anodes carbonaceous ati silikoni/SiO ti o ni awọn anodes iran-tẹle ninu.Yiyan ọran ti idagbasoke Li dendrite jẹ ipenija ti o ṣe pataki fun isọdọtun ti awọn kemistri iwuwo Li-ion ti o ga ni ọjọ iwaju nitosi.O yẹ ki o wa woye wipe, laipe, akude akitiyan ti a ti yasọtọ si lohun awọn oro ti Li dendrite Ibiyi ni funfun Li irin anodes nipa homogenizing awọn Li-ion ṣiṣan nigba Li iwadi oro;fun apẹẹrẹ, aabo Layer ti a bo , Oríkĕ SEI ina-, bbl Ni yi aspect, diẹ ninu awọn ti awọn ọna le ṣee ta ina lori bi o si koju awọn oro lori carbonaceous anodes ni LIBs bi daradara.
Multifunctional omi electrolytes ati separators.Electrolyte omi ati oluyapa ṣe awọn ipa pataki ni yiya sọtọ ti ara cathode agbara-giga ati anode.Nitorinaa, awọn elekitiroti multifunctional ti a ṣe daradara ati awọn oluyapa le daabobo awọn batiri ni pataki ni ipele ibẹrẹ ti salọ igbona batiri (ipele 1).
Lati daabobo awọn batiri lati fifọ ẹrọ, ẹrọ itanna olomi ti o nipọn ti rirẹ ti gba nipasẹ irọrun ti o rọrun ti siliki fumed si elekitiroti carbonate (1 M LiFP6 ni EC/DMC) .Lori titẹ ẹrọ tabi ipa, ito n ṣe afihan ipa didan rirẹ pẹlu ilosoke ninu iki, nitorinaa npa agbara ipa naa kuro ati ṣafihan ifarada si fifunpa (aworan 3A)
Aworan 3 Awọn ilana lati yanju awọn ọran ni ipele 1.
(A) Irẹrun nipọn elekitiroti.Oke: Fun elekitiroti deede, ipa ẹrọ le ja si kukuru ti inu batiri, nfa ina ati awọn bugbamu.Isalẹ: Electrolyte smart aramada pẹlu ipa didan rirẹ labẹ titẹ tabi ipa ṣe afihan ifarada ti o dara julọ si fifun pa, eyiti o le ni ilọsiwaju aabo ẹrọ ti awọn batiri.(B) Awọn oluyapa iṣẹ-ṣiṣe fun wiwa ni kutukutu ti awọn dendrites lithium.Ipilẹṣẹ Dendrite ninu batiri litiumu ti aṣa, nibiti ilọpa pipe ti oluyapa nipasẹ dendrite lithium nikan ni a rii nigbati batiri ba kuna nitori Circuit kukuru inu.Ni ifiwera, batiri litiumu kan pẹlu oluyapa bifunctional (eyiti o ni iyẹfun ifọnọhan sandwiched laarin awọn oluyapa aṣa meji), nibiti litiumu dendrite ti o ti dagba wọ inu iyapa ati pe o ṣe olubasọrọ pẹlu Layer idẹ ti n ṣakoso, ti o yọrisi idinku ninuVCu-Li, eyiti o jẹ ikilọ ti ikuna ti n bọ nitori Circuit kukuru inu.Bibẹẹkọ, batiri kikun naa wa ni iṣiṣẹ lailewu pẹlu agbara ti kii ṣe odo.(A) ati (B) ti wa ni fara tabi tun ṣe pẹlu aiye lati Springer Nature.(C) Iyapa Trilayer lati jẹ awọn dendrites Li eewu ati fa igbesi aye batiri fa.Osi: Lithium anodes le ni irọrun ṣe awọn idogo dendritic, eyiti o le dagba diẹ sii ki o wọ inu iyapa polymer inert.Nigbati awọn dendrites nipari so cathode ati anode, batiri naa jẹ kukuru-yika ati kuna.Ọtun: Layer ti awọn ẹwẹ titobi yanrin jẹ sandwiched nipasẹ awọn ipele meji ti awọn iyapa polima ti iṣowo.Nitorinaa, nigbati awọn dendrites litiumu dagba ti wọn wọ inu oluyapa, wọn yoo kan si awọn ẹwẹ titobi siliki ti o wa ninu Layer sandwiched ati pe wọn yoo jẹ elekitirokemika.D(E) Aṣoju foliteji dipo profaili akoko ti batiri Li/Li pẹlu iyapa mora (ipin pupa) ati silica nanoparticle sandwiched trilayer separator (itẹ dudu) ni idanwo labẹ awọn ipo kanna.(C), (D), ati (E) ni a tun ṣe pẹlu igbanilaaye lati ọdọ John Wiley ati Sons.(F) Apejuwe sikematiki ti awọn ilana ti awọn afikun ohun-ọkọ akero redox.Lori dada cathode ti o gba agbara ju, aropo redox jẹ oxidized si fọọmu [O], eyiti lẹhinna yoo dinku pada si ipo atilẹba rẹ [R] lori oju anode nipasẹ itankale nipasẹ elekitiroti.Yiyipo elekitirokemika ti oxidation-diffusion-reduction-diffusion le jẹ itọju titilai ati nitorinaa tiipa agbara cathode lati gbigba agbara ti o lewu.(G) Awọn ẹya kemikali aṣoju ti awọn afikun ohun-ọṣọ redox(H) Ilana ti awọn afikun gbigba agbara tiipa ti o le ṣe polymerize ni awọn agbara giga.(I) Awọn ẹya kemikali aṣoju ti awọn afikun gbigba agbara tiipa.Awọn agbara iṣẹ ti awọn afikun jẹ atokọ labẹ eto molikula kọọkan ninu (G), (H), ati (I).
Awọn oluyapa le ṣe idabobo ti itanna cathode ati anode ati ṣe ipa pataki ninu mimojuto ipo ilera ti batiri kan ni aaye lati yago fun ibajẹ siwaju ipele ti o ti kọja 1. Fun apẹẹrẹ, “ipinfunni bifunctional” pẹlu iṣeto ni polymer-metal-polymer trilayer (aworan 3B) le pese iṣẹ ti oye foliteji tuntun.Nigba ti dendrite kan ba dagba ti o si de ipele agbedemeji, yoo so irin Layer ati anode gẹgẹbi iyọkuro foliteji lojiji laarin wọn le ṣee wa-ri lẹsẹkẹsẹ bi abajade.
Yato si wiwa, oluyapa onisẹpo kan jẹ apẹrẹ lati jẹ awọn dendrites Li eewu ati fa fifalẹ idagbasoke wọn lẹhin ti wọn wọ inu iyapa naa.Layer ti awọn ẹwẹwẹwẹ silica, sandwiched nipasẹ awọn fẹlẹfẹlẹ meji ti awọn iyapa polyolefin ti iṣowo (aworan 3, C ati D), le jẹ eyikeyi tokun Li dendrites eewu, nitorina ni imudara aabo batiri naa daradara.Igbesi aye batiri ti o ni aabo ti pọ si ni pataki nipasẹ isunmọ ni igba marun ni akawe pẹlu ti nini awọn iyapa aṣa (ipinya deede).aworan 3E).
Overcharging Idaabobo.Gbigba agbara pupọ jẹ asọye bi gbigba agbara si batiri ju foliteji ti a ṣe apẹrẹ rẹ lọ.Gbigba agbara pupọ le jẹ okunfa nipasẹ awọn iwuwo lọwọlọwọ pato ti o ga, awọn profaili gbigba agbara ibinu, ati bẹbẹ lọ, eyiti o le mu ọpọlọpọ awọn iṣoro wa, pẹlu (i) ifisilẹ ti irin Li lori anode, eyiti o ni ipa lori iṣẹ ṣiṣe elekitirokemika batiri ati ailewu;(ii) jijẹ ti ohun elo cathode, itusilẹ atẹgun;ati (iii) jijẹ ti elekitiroti eleto, itusilẹ ooru ati awọn ọja gaseous (H2, hydrocarbons, CO, bbl), eyiti o jẹ iduro fun ilọkuro gbona.Awọn aati elekitiroki lakoko jijẹ jẹ idiju, diẹ ninu eyiti a ṣe akojọ si isalẹ.
Aami akiyesi (*) n tọka si pe gaasi hydrogen ti ipilẹṣẹ lati protic, nlọ awọn ẹgbẹ ti ipilẹṣẹ lakoko ifoyina ti awọn carbonates ni cathode, eyiti o tan kaakiri si anode lati dinku ati ṣe ipilẹṣẹ H2.
Lori ipilẹ ti awọn iyatọ ninu awọn iṣẹ wọn, awọn afikun aabo gbigba agbara ni a le pin si bi awọn afikun ohun-ọṣọ redox ati awọn afikun tiipa.Ti iṣaaju ṣe aabo fun sẹẹli lati gbigba agbara ti o pọju pada, lakoko ti igbehin yoo fopin si iṣẹ sẹẹli patapata.
Redox akero additives ṣiṣẹ nipa electrochemically shunting awọn excess idiyele itasi sinu batiri nigbati overcharge waye.Bi o ṣe han ninuaworan 3F, Ilana naa da lori aropo redox ti o ni agbara oxidation diẹ diẹ ti o kere ju ti ibajẹ anodic electrolyte.Lori dada cathode ti o gba agbara ju, aropo redox jẹ oxidized si fọọmu [O], eyiti lẹhinna yoo dinku pada si ipo atilẹba rẹ [R] lori oju anode lẹhin titan kaakiri nipasẹ elekitiroti.Lẹhinna, aropọ ti o dinku le tan kaakiri pada si cathode, ati pe ọmọ elekitirokemika ti “oxidation-diffusion-reduction-diffusion” le ṣe itọju titilai ati nitorinaa tiipa agbara cathode lati gbigba agbara ti o lewu siwaju sii.Awọn ijinlẹ ti fihan pe agbara redox ti awọn afikun yẹ ki o jẹ nipa 0.3 si 0.4 V ju agbara ti cathode lọ.
Awọn akojọpọ awọn afikun pẹlu awọn ẹya kemikali ti o ni ibamu daradara ati awọn agbara redox ti ni idagbasoke, pẹlu organometallic metallocenes, phenothiazines, triphenylamines, dimethoxybenzenes ati awọn itọsẹ wọn, ati 2- (pentafluorophenyl) -tetrafluoro-1,3,2-benzodioborole (benzodioborole)aworan 3G).Nipa sisọ awọn ẹya molikula, awọn agbara ifoyina ifoyina le jẹ aifwy si oke 4 V, eyiti o dara fun idagbasoke awọn ohun elo cathode giga-foliteji ati awọn elekitiroti.Ilana apẹrẹ ipilẹ jẹ pẹlu gbigbe silẹ orbital molikula ti o ga julọ ti aropọ nipasẹ fifi awọn aropo yiyọ elekitironi pọ, ti o yori si ilosoke ninu agbara ifoyina.Yato si awọn afikun Organic, diẹ ninu awọn iyọ inorganic, eyiti kii ṣe nikan le ṣiṣẹ bi iyo elekitiro nikan ṣugbọn tun le ṣe iranṣẹ bi ọkọ oju-irin redox, gẹgẹbi awọn iyọ iṣupọ perfluoroborane [iyẹn ni, lithium fluorododecaborates (Li2B12F)xH12-x)], tun ti rii pe o jẹ awọn afikun ohun-ọṣọ redox daradara.
Awọn afikun gbigba agbara tiipa jẹ kilasi ti awọn afikun aabo idiyele apọju ti ko le yipada.Wọn ṣiṣẹ boya nipa jijade gaasi ni awọn agbara giga, eyiti, lapapọ, mu ohun elo idalọwọduro lọwọlọwọ ṣiṣẹ, tabi nipasẹ polymerizing electrochemically patapata ni awọn agbara giga lati fopin si iṣẹ batiri ṣaaju awọn abajade ajalu waye (aworan 3H).Awọn apẹẹrẹ ti iṣaaju pẹlu xylene, cyclohexylbenzene, ati biphenyl, lakoko ti awọn apẹẹrẹ ti igbehin pẹlu biphenyl ati awọn agbo ogun aromatic miiran ti o rọpo (aworan 3I).Awọn ipa odi ti awọn afikun tiipa si tun jẹ iṣẹ igba pipẹ ati iṣẹ ibi ipamọ ti awọn LIBs nitori ifoyina ti ko ni iyipada ti awọn agbo ogun wọnyi.
Lati yanju awọn iṣoro ni ipele 2 (ikojọpọ ooru ati ilana itusilẹ gaasi)
Awọn ohun elo cathode ti o gbẹkẹle.Litiumu iyipada irin oxides, gẹgẹ bi awọn Layer oxides LiCoO2, LiNiO2, ati LiMnO2;awọn ohun elo afẹfẹ-oriṣi LiM2O4;ati iru polyanion LiFePO4, jẹ awọn ohun elo cathode ti o gbajumọ, eyiti, sibẹsibẹ, ni awọn ọran aabo paapaa ni awọn iwọn otutu giga.Lara wọn, LiFePO4 ti o ni eto olivine jẹ ailewu diẹ, eyiti o jẹ iduroṣinṣin to 400 ° C, lakoko ti LiCoO2 bẹrẹ lati decompose ni 250°C.Idi fun aabo ti ilọsiwaju ti LiFePO4 ni pe gbogbo awọn ions atẹgun ṣe awọn ifunmọ covalent to lagbara pẹlu P5 + lati ṣe awọn polyanions PO43- tetrahedral, eyiti o ṣe iduroṣinṣin gbogbo ilana onisẹpo mẹta ati pese imudara ilọsiwaju ni akawe pẹlu awọn ohun elo cathode miiran, botilẹjẹpe o tun wa. ti diẹ ninu awọn ijamba ina batiri royin.Ibakcdun ailewu pataki dide lati jijẹ ti awọn ohun elo cathode wọnyi ni awọn iwọn otutu ti o ga ati itusilẹ atẹgun nigbakanna, eyiti o papọ le ja si ijona ati awọn bugbamu, ni ibajẹ aabo batiri ni pataki.Fún àpẹrẹ, ìgbékalẹ̀ kristali ti oxide Layer Layer LiNiO2 jẹ riru nitori wiwa Ni2+, iwọn ionic eyiti o jọra si ti Li+.The delithated LixNiO2 (x<1) duro lati yipada si ipele ti o ni iduroṣinṣin diẹ sii iru-ọgbẹ-ọgbẹ LiNi2O4 (spinel) ati iru Rocksalt NiO, pẹlu atẹgun ti a tu silẹ sinu elekitiroti olomi ni ayika 200 ° C, ti o yori si ijona elekitiroti.
Awọn igbiyanju pupọ ni a ti ṣe lati mu iduroṣinṣin gbona ti awọn ohun elo cathode wọnyi pọ si nipasẹ doping atomu ati awọn aṣọ aabo dada.
Atomu doping le ṣe alekun iduroṣinṣin igbona ti awọn ohun elo oxide ti o fẹlẹfẹlẹ nitori abajade awọn ẹya imuduro gara.Iduroṣinṣin gbigbona ti LiNiO2 tabi Li1.05Mn1.95O4 le ni ilọsiwaju ni pataki nipasẹ fidipo apa kan ti Ni tabi Mn pẹlu awọn ohun elo irin miiran, gẹgẹbi Co, Mn, Mg, ati Al.Fun LiCoO2, ifihan ti doping ati awọn eroja alloying gẹgẹbi Ni ati Mn le mu iwọn otutu ibẹrẹ didenukonu pọ si.TDec, lakoko ti o tun yago fun awọn aati pẹlu elekitiroti ni awọn iwọn otutu giga.Sibẹsibẹ, awọn ilọsiwaju ni iduroṣinṣin igbona cathode ni gbogbogbo wa pẹlu awọn irubọ ni agbara kan pato.Lati yanju iṣoro yii, ohun elo cathode ifọkansi-gradient fun awọn batiri litiumu gbigba agbara ti o da lori ohun elo afẹfẹ manganese lithium nickel cobalt ti o fẹlẹfẹlẹ ti ni idagbasoke (aworan 4A) .Ninu ohun elo yii, patiku kọọkan ni olopobobo aringbungbun ọlọrọ Ni-ni-ọlọrọ ati Layer ita ti Mn-ọlọrọ, pẹlu idinku ni ifọkansi Ni ati jijẹ awọn ifọkansi Mn ati Co bi oju ilẹ ti sunmọ (aworan 4B).Awọn tele pese ga agbara, ko da awọn igbehin mu gbona iduroṣinṣin.Ohun elo cathode aramada yii ni a fihan lati ni ilọsiwaju aabo ti awọn batiri laisi ibajẹ iṣẹ ṣiṣe elekitiroki wọn (aworan 4C).
Aworan 4 Awọn ilana lati yanju awọn ọran ni ipele 2: Awọn cathodes ti o gbẹkẹle.
(A) Aworan atọka ti patiku elekiturodu rere pẹlu koko-ọrọ Ni-ọlọrọ ti o yika nipasẹ iyẹfun-ilọdi-itumọ.Patiku kọọkan ni Li-ọlọrọ aringbungbun olopobobo Li (Ni0.8Co0.1Mn0.1) O2 ati Layer ita ti Mn-ọlọrọ [Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1) O2] pẹlu idinku Ni ifọkansi Ni ati jijẹ awọn ifọkansi Mn ati Co. bi dada ti sunmọ.Awọn tele pese ga agbara, ko da awọn igbehin mu awọn gbona iduroṣinṣin.Apapọ tiwqn jẹ Li (Ni0.68Co0.18Mn0.18) O2.Aworan elekitironi ọlọjẹ ti patiku aṣoju tun han ni apa ọtun.(B) Electron-probe x-ray microanalysis esi ti ik lithiated oxide Li (Ni0.64Co0.18Mn0.18) O2.Awọn iyipada ifọkansi diẹdiẹ ti Ni, Mn, ati Co ninu interlayer jẹ gbangba.Ifojusi Ni dinku, ati awọn ifọkansi Co ati Mn pọ si si oju ilẹ.(C) Awọn itọpa calorimetry ti o yatọ (DSC) ti n ṣe afihan ṣiṣan ooru lati inu iṣesi ti elekitiroti pẹlu ohun elo ifọkansi-gradient Li (Ni0.64Co0.18Mn0.18) O2, ohun elo aringbungbun Ni-ọlọrọ Li (Ni0.8Co0.1Mn0. 1) O2, ati Mn-ọlọrọ lode Layer [Li (Ni0.46Co0.23Mn0.31) O2].Awọn ohun elo ti a gba agbara si 4.3 V. (A), (B), ati (C) ti wa ni atunse pẹlu igbanilaaye lati Springer Nature.(D) Osi: Gbigbe elekitironi microscopy (TEM) aworan aaye didan ti AlPO4 nanoparticle –ti a bo LiCoO2;agbara dispersive x-ray spectrometry jerisi Al ati P irinše ni awọn ti a bo Layer.Ọtun: Aworan TEM ti o ga-giga ti o nfihan awọn ẹwẹ titobi AlPO4 (~ 3 nm ni iwọn ila opin) ni Layer ti a bo nanoscale;awọn itọka tọkasi wiwo laarin AlPO4 Layer ati LiCoO2.(E) Osi: Aworan ti sẹẹli kan ti o ni ihoho LiCoO2 cathode lẹhin idanwo gbigba agbara 12-V.Awọn sẹẹli iná ati exploded ni wipe foliteji.Ọtun: Aworan sẹẹli ti o ni AlPO4 nanoparticle – LiCoO2 ti a bo lẹhin idanwo gbigba agbara 12-V.(D) ati (E) ni a tun ṣe pẹlu igbanilaaye lati ọdọ John Wiley ati Awọn ọmọ.
Ilana miiran lati ni ilọsiwaju imuduro igbona ni lati wọ ohun elo cathode pẹlu Layer tinrin aabo ti awọn agbo ogun Li + ti o ni iduroṣinṣin, eyiti o le ṣe idiwọ olubasọrọ taara ti awọn ohun elo cathode pẹlu elekitiroti ati nitorinaa dinku awọn aati ẹgbẹ ati iran ooru.Awọn ideri le jẹ boya awọn fiimu inorganic [fun apẹẹrẹ, ZnO, Al2O3, AlPO4, AlF3, ati bẹbẹ lọ], eyiti o le ṣe awọn ions Li lẹhin ti o ti ni itọlẹ (aworan 4, D ati E), tabi awọn fiimu Organic, gẹgẹbi poly (diallyldimethylammonium chloride), awọn fiimu aabo ti a ṣẹda nipasẹ awọn afikun γ-butyrolactone, ati awọn afikun multicomponent (ti o ni awọn carbonate vinylene, 1,3-propylene sulfite, ati dimethylacetamide) .
Iṣafihan ti a bo pẹlu olusọdipúpọ iwọn otutu rere tun jẹ imunadoko fun jijẹ aabo cathode.Fun apẹẹrẹ, poly(3-decylthiophene) – awọn kathodes LiCoO2 ti a bo le tiipa awọn aati elekitiroki ati awọn aati ẹgbẹ ni kete ti iwọn otutu ba ga soke si>80°C, bi Layer polymer conductive le yipada ni iyara si ipo atako giga.Awọn aṣọ ti awọn oligomers ti ara-ẹni ti o pari pẹlu ile-iṣẹ ile-iṣẹ hyper-le tun ṣiṣẹ bi Layer didi idahun igbona lati pa batiri naa kuro ni ẹgbẹ cathode.
Thermally switchable lọwọlọwọ-odè.Tiipa awọn aati elekitiroki lakoko awọn iwọn otutu batiri pọ si ni ipele 2 le ṣe idiwọ iwọn otutu daradara lati jijẹ siwaju.Yiyara ati iyipada thermoresponsive polymer iyipada (TRPS) ti dapọ si inu inu olugba lọwọlọwọ (aworan 5A) .Fiimu tinrin TRPS ni awọn patikulu ti nickel nanostructured spiky nanostructured graphene (GrNi) bi olutọpa conductive ati matrix PE pẹlu olusọdipúpọ igbona nla kan (α ~ 10−4 K-1).Awọn fiimu idapọmọra polima ti a ṣe bi-ṣe ṣe afihan iṣesi giga (σ) ni iwọn otutu yara, ṣugbọn nigbati iwọn otutu ba sunmọ iwọn otutu iyipada (Ts), adaṣe dinku laarin 1 s nipasẹ awọn aṣẹ meje si mẹjọ ti titobi bi abajade ti imugboroja iwọn polima, eyiti o yapa awọn patikulu conductive ati fọ awọn ipa ọna conductive (aworan 5B).Fiimu naa lesekese di idabobo ati nitorinaa fopin si iṣẹ batiri naa (aworan 5C).Ilana yii jẹ iyipada pupọ ati pe o le ṣiṣẹ paapaa lẹhin awọn iṣẹlẹ gbigbona pupọ laisi ibajẹ iṣẹ naa.
Aworan 5 Awọn ilana lati yanju awọn ọran ni ipele 2.
(A) Apejuwe sikematiki ti ẹrọ iyipada gbona ti olugba lọwọlọwọ TRPS.Batiri ailewu ni ọkan tabi meji awọn olugba lọwọlọwọ ti a bo pẹlu fẹlẹfẹlẹ TRPS tinrin.O ṣiṣẹ deede ni iwọn otutu yara.Bibẹẹkọ, ni ọran ti iwọn otutu giga tabi lọwọlọwọ nla, matrix polima naa gbooro, nitorinaa yiya sọtọ awọn patikulu conductive, eyiti o le dinku adaṣe rẹ, jijẹ resistance pupọ ati tiipa batiri naa.Ilana batiri naa le ni aabo laisi ibajẹ.Lori itutu agbaiye, polima naa dinku ati gba awọn ipa ọna adaṣe atilẹba pada.(B) Awọn iyipada iyipada ti awọn oriṣiriṣi awọn fiimu TRPS gẹgẹbi iṣẹ ti iwọn otutu, pẹlu PE / GrNi pẹlu oriṣiriṣi GrNi loading ati PP / GrNi pẹlu 30% (v / v) ikojọpọ GrNi.(C) Akopọ agbara ti gigun kẹkẹ batiri LiCoO2 ailewu laarin 25°C ati tiipa.Agbara isunmọ-odo ni 70°C tọkasi tiipa ni kikun.(A), (B), ati (C) ni a tun ṣe pẹlu igbanilaaye lati Iseda orisun omi.(D) Aṣoju sikematiki ti imọran tiipa orisun microsphere fun awọn LIBAwọn elekitirodu jẹ iṣẹ ṣiṣe pẹlu awọn microspheres ti o dahun, ti o ga ju iwọn otutu batiri inu ti o ṣe pataki kan, gba iyipada igbona kan (yo).Awọn capsules didà ndan awọn elekiturodu dada, lara ohun ionically idabobo idankan ati tiipa si isalẹ awọn sẹẹli batiri.(E) Tinrin ati iduro ara ẹni inorganic composite membrane ti o jẹ ti 94% awọn patikulu alumina ati 6% styrene-butadiene roba (SBR) binder ti pese sile nipasẹ ọna simẹnti ojutu.Ọtun: Awọn fọto ti nfihan iduroṣinṣin igbona ti oluyapa akojọpọ eleto ati iyapa PE.Awọn oluyapa wa ni 130 ° C fun iṣẹju 40.PE ni pataki isunki lati agbegbe pẹlu onigun ti sami.Sibẹsibẹ, oluyapa akojọpọ ko ṣe afihan isunki ti o han gbangba.Atunse pẹlu igbanilaaye lati Elsevier.(F) Ẹya molikula ti diẹ ninu awọn polima otutu otutu ti o ga bi awọn ohun elo iyapa pẹlu idinku iwọn otutu kekere.Oke: polyimide (PI).Aarin: cellulose.Isalẹ: poly (butylene) terephthalate.(G) Osi: Ifiwera ti DSC spectra ti PI pẹlu PE ati PP iyapa;Iyapa PI ṣe afihan iduroṣinṣin igbona ti o dara julọ ni iwọn otutu lati 30 ° si 275 ° C.Ọtun: Awọn fọto kamẹra oni nọmba ti o nfiwera wettability ti oluyapa iṣowo ati oluyapa PI ti a ṣe-pọ pẹlu elekitiroti carbonate propylene kan.Atunse pẹlu igbanilaaye lati American Kemikali Society.
Gbona tiipa separators.Ilana miiran lati ṣe idiwọ awọn batiri kuro ni ijade igbona lakoko ipele 2 ni lati tiipa ipa ọna ti Li ions nipasẹ oluyapa.Awọn oluyapa jẹ awọn paati bọtini fun aabo ti LIBs, bi wọn ṣe ṣe idiwọ olubasọrọ itanna taara laarin cathode agbara-giga ati awọn ohun elo anode lakoko gbigba gbigbe ionic laaye.PP ati PE jẹ awọn ohun elo ti o wọpọ julọ, ṣugbọn wọn ko ni iduroṣinṣin igbona, pẹlu awọn aaye yo ti ~ 165 ° ati ~ 135 ° C, lẹsẹsẹ.Fun LIB ti iṣowo, awọn oluyapa pẹlu ẹya PP/PE/PP trilayer ti jẹ iṣowo tẹlẹ, nibiti PE jẹ ipele aarin aabo.Nigbati iwọn otutu inu ti batiri ba pọ si loke iwọn otutu to ṣe pataki (~ 130 ° C), Layer PE ti o ni la kọja yo ni apakan, pipade awọn pores fiimu ati idilọwọ ijira ti awọn ions ninu elekitiroti olomi, lakoko ti Layer PP pese atilẹyin ẹrọ lati yago fun inu inu. kukuru .Ni omiiran, tiipa igbona ti LIB tun le ṣe aṣeyọri nipasẹ lilo PE thermoresponsive tabi awọn microspheres epo-eti paraffin gẹgẹbi ipele aabo ti awọn anodes batiri tabi awọn iyapa.Nigbati iwọn otutu batiri ti inu ba de iye to ṣe pataki, awọn microspheres yo ati wọ anode/ipinya pẹlu idena ti ko ni agbara, da gbigbe Li-ion duro ati tiipa sẹẹli naa patapata (aworan 5D).
Separators pẹlu ga gbona iduroṣinṣin.Lati ṣe ilọsiwaju iduroṣinṣin igbona ti awọn iyapa batiri, awọn ọna meji ti ni idagbasoke ni awọn ọdun pupọ sẹhin:
(1) Awọn oluyapa ti a ṣe imudara seramiki, ti a ṣe boya nipasẹ ibora taara tabi idagbasoke lori-dada ti awọn fẹlẹfẹlẹ seramiki gẹgẹbi SiO2 ati Al2O3 lori awọn ipele iyapa polyolefin ti o wa tẹlẹ tabi nipa nini awọn lulú seramiki ti a fi sinu awọn ohun elo polymeric (aworan 5E), ṣafihan awọn aaye yo ti o ga pupọ ati agbara ẹrọ ti o ga ati tun ni ifarakanra gbona ti o ga.Diẹ ninu awọn ipinya akojọpọ ti a ṣe nipasẹ ilana yii ti jẹ iṣowo, gẹgẹbi Iyapa (orukọ iṣowo kan).
(2) Yiyipada awọn ohun elo iyapa lati polyolefin si awọn polima otutu otutu ti o ga pẹlu isunmi kekere lori alapapo, gẹgẹbi polyimide, cellulose, poly (butylene) terephthalate, ati poly (esters miiran) ikangun, jẹ ilana miiran ti o munadoko fun imudarasi iduroṣinṣin igbona. awọn oluyapa (aworan 5F).Fun apẹẹrẹ, polyimide jẹ polymer thermosetting ti a gba kaakiri bi yiyan ti o ni ileri nitori iduroṣinṣin igbona ti o dara julọ (iduroṣinṣin ju 400 ° C), resistance kemikali ti o dara, agbara fifẹ giga, wettability elekitiroti ti o dara, ati idaduro ina (aworan 5G) .
Awọn idii batiri pẹlu iṣẹ itutu agbaiye.Awọn ọna ṣiṣe iṣakoso igbona iwọn ẹrọ ti n ṣiṣẹ nipasẹ sisan ti afẹfẹ tabi itutu agba omi ni a ti lo lati mu ilọsiwaju iṣẹ batiri dara ati fa fifalẹ iwọn otutu.Ni afikun, awọn ohun elo iyipada alakoso gẹgẹbi epo-eti paraffin ti ni idapo sinu awọn akopọ batiri lati ṣe bi ifọwọ ooru lati ṣe ilana iwọn otutu wọn, nitorinaa yago fun ilokulo iwọn otutu.
Lati yanju awọn iṣoro ni ipele 3 (ijona ati bugbamu)
Ooru, atẹgun, ati idana, ti a mọ si "triangle ina," jẹ awọn eroja pataki fun ọpọlọpọ awọn ina.Pẹlu ikojọpọ ooru ati atẹgun ti ipilẹṣẹ lakoko awọn ipele 1 ati 2, idana (iyẹn ni, awọn elekitiroli ti o ni ina pupọ) yoo bẹrẹ laifọwọyi si combust.Idinku flammability ti awọn olomi elekitiroti jẹ pataki fun aabo batiri ati siwaju awọn ohun elo titobi nla ti LIBs.
Awọn afikun ina-idaduro.Awọn igbiyanju iwadii nla ti ni ifọkansi si idagbasoke ti awọn afikun idaduro ina lati dinku ina ti awọn elekitiroti olomi.Pupọ julọ awọn afikun-idati ina ti a lo ninu awọn elekitiroti olomi da lori awọn agbo ogun irawọ owurọ Organic tabi awọn agbo ogun halogenated Organic.Bii awọn halogens ṣe lewu si agbegbe ati ilera eniyan, awọn agbo ogun irawọ owurọ Organic jẹ awọn oludije ti o ni ileri diẹ sii bi awọn afikun ina-idaduro ina nitori agbara idaduro ina giga wọn ati ọrẹ ayika.Aṣoju Organic irawọ owurọ agbo ni trimethyl fosifeti, triphenyl fosifeti, bis (2-methoxyethoxy) methylallylphosphonate, tris (2,2,2-trifluoroethyl) phosphite, (ethoxy) pentafluorocyclotriphosphazene, ethylene ethyl fosifeti, ati be be lo.aworan 6A).Ilana fun awọn ipa idaduro ina ti awọn agbo ogun ti o ni irawọ owurọ ni gbogbogbo lati jẹ ilana itọpa-pipa kẹmika kan.Lakoko ijona, awọn ohun alumọni ti o ni irawọ owurọ le decompose si awọn eya ti o ni awọn irawọ owurọ-ọfẹ, eyiti o le fopin si awọn ipilẹṣẹ (fun apẹẹrẹ, awọn ipilẹṣẹ H ati OH) ti ipilẹṣẹ lakoko isunmọ ifasẹ pq ti o jẹ iduro fun ijona lemọlemọfún.aworan 6, B ati C).Laanu, idinku ninu flammability pẹlu afikun ti awọn ifura ina ti o ni irawọ owurọ wa ni laibikita iṣẹ ṣiṣe elekitiroki.Lati ṣe atunṣe iṣowo-pipa yii, awọn oluwadii miiran ti ṣe diẹ ninu awọn iyipada si ọna-ara molikula wọn: (i) fluorination apa kan ti awọn alkyl phosphates le ṣe atunṣe imuduro idinku wọn ati imunado imunadoti ina wọn;(ii) lilo awọn agbo ogun ti o ni awọn fiimu ti o ni aabo mejeeji ati awọn ohun-ini idaduro ina, gẹgẹbi bis (2-methoxyethoxy) methylallylphosphonate, nibiti awọn ẹgbẹ allylic le ṣe polymerize ati ki o ṣe fiimu SEI ti o ni iduroṣinṣin lori awọn ipele graphite, nitorina ni idilọwọ awọn ẹgbẹ ti o lewu. awọn aati;(iii) iyipada ti P (V) fosifeti si P (III) phosphites, eyi ti o dẹrọ iṣeto SEI ati pe o lagbara lati pa PF5 ti o lewu [fun apẹẹrẹ, tris (2,2,2-trifluoroethyl) phosphite];ati (iv) rirọpo awọn afikun organophosphorus pẹlu awọn phosphazenes cyclic, paapaa cyclophosphazene fluorinated, eyiti o ti mu ibaramu elekitironi pọ si.
Aworan 6 Awọn ilana lati yanju awọn ọran ni ipele 3.
(A) Aṣoju awọn ẹya molikula ti awọn afikun idaduro ina.(B) Ilana fun awọn ipa idaduro ina ti awọn agbo ogun ti o ni irawọ owurọ ni gbogbogbo lati jẹ ilana radical-scavenging kemikali, eyiti o le fopin si awọn aati pq radical ti o ni iduro fun iṣesi ijona ni ipele gaasi.TPP, triphenyl fosifeti.(C) Akoko piparẹ ara ẹni (SET) ti elekitiroti carbonate aṣoju le dinku ni pataki pẹlu afikun ti phosphate triphenyl.(D) Sikematiki ti “smati” electrospun separator pẹlu gbona-nfa ina-idati ohun ini fun LIBs.Iyapa ti o duro ọfẹ jẹ ti awọn microfibers pẹlu eto ikarahun mojuto, nibiti idaduro ina jẹ mojuto ati polima ni ikarahun naa.Lori ti nfa igbona, ikarahun polima yo ati lẹhinna itusilẹ ina retardant ti wa ni idasilẹ sinu elekitiroti, nitorinaa ni imunadoko imunadoko ina ati sisun awọn elekitiroti.(E) Aworan SEM ti TPP@PVDF-HFP microfibers lẹhin etching fihan ni kedere eto-ikarahun mojuto wọn.Pẹpẹ iwọn, 5 μm.F(G) Ilana molikula ti PFPE, afọwọṣe PEO perfluorinated ti kii flammable.Awọn ẹgbẹ carbonate methyl meji jẹ iyipada lori awọn ebute ti awọn ẹwọn polima lati rii daju ibamu ti awọn ohun elo pẹlu awọn eto batiri lọwọlọwọ.
O yẹ ki o ṣe akiyesi pe iṣowo-pipa nigbagbogbo wa laarin idinku flammability ti electrolyte ati iṣẹ sẹẹli fun awọn afikun ti a ṣe akojọ, botilẹjẹpe adehun yii ti ni ilọsiwaju nipasẹ awọn apẹrẹ molikula loke.Ilana miiran ti a dabaa lati yanju iṣoro yii pẹlu iṣakojọpọ idaduro ina inu ikarahun polymer aabo ti awọn microfibers, eyiti o jẹ tolera siwaju lati dagba ipinya ti kii ṣe hun (aworan 6D) .Electrospun aramada aramada microfiber separator ti kii hun pẹlu awọn ohun-ini idaduro ina ti o nfa igbona ni a ṣe fun awọn LIBs.Ifiweranṣẹ ti idaduro ina inu ikarahun polymer aabo ṣe idilọwọ ifihan taara ti idaduro ina si elekitiroti, idilọwọ awọn ipa odi lati awọn apadabọ lori iṣẹ ṣiṣe elekitiroki ti batiri naa (aworan 6E).Bibẹẹkọ, ti ikarahun igbona ti batiri LIB ba waye, ikarahun poly(vinylidenefluoride-hexafluoro propylene) copolymer (PVDF-HFP) yoo yo bi iwọn otutu ti n pọ si.Lẹhinna atupa ina retardanti triphenyl fosifeti ti a fipa si ni yoo tu silẹ sinu elekitiroti, nitorinaa ni imunadoko imunadoko ijona ti awọn elekitiroti ti o jo ina pupọ.
Agbekale “electrolyte ti o dojukọ iyọ” tun ni idagbasoke lati yanju atayanyan yii.Awọn elekitiroliti Organic ti n pa ina fun awọn batiri gbigba agbara ni LiN (SO2F) 2 ni ninu bi iyo ati idaduro ina ti o gbajumọ ti trimethyl fosifeti (TMP) gẹgẹbi iyọdafẹ atẹlẹsẹ.Ipilẹṣẹ lẹẹkọkan ti SEI inorganic ti o ni iyọ ti o lagbara lori anode jẹ pataki fun iṣẹ elekitiroki iduroṣinṣin.Ilana aramada yii le faagun si ọpọlọpọ awọn idapada ina miiran ati pe o le ṣii ọna tuntun fun idagbasoke awọn olomi-idaduro ina tuntun fun awọn LIBs ailewu.
Nonflammable omi elekitiroti.Ojutu ti o ga julọ si awọn ọran aabo ti elekitiroti yoo jẹ idagbasoke awọn elekitiroti aiṣe-flammable intrinsically.Ẹgbẹ kan ti awọn elekitiroti ti ko ni ina ti a ti ṣe iwadi lọpọlọpọ jẹ awọn olomi ionic, paapaa awọn olomi iwọn otutu otutu yara, eyiti ko ṣe iyipada (ko si titẹ oru ti o wa labẹ 200°C) ati ti kii flammable ati ni window iwọn otutu jakejado (aworan 6F) .Bibẹẹkọ, iwadii lilọsiwaju tun nilo lati yanju awọn ọran ti agbara oṣuwọn kekere ti o dide lati iki giga wọn, nọmba gbigbe Li kekere, cathodic tabi aisedeede idinku, ati idiyele giga ti awọn olomi ionic.
Iwọn kekere molikula hydrofluoroethers jẹ kilasi miiran ti awọn elekitiroli olomi ti kii flammable nitori giga wọn tabi ko si aaye filasi, ailagbara, ẹdọfu dada kekere, iki kekere, iwọn otutu didi kekere, ati bẹbẹ lọ.Apẹrẹ molikula ti o tọ yẹ ki o ṣe lati ṣe deede awọn ohun-ini kemikali wọn lati pade awọn ibeere ti awọn elekitiroti batiri.Apeere ti o nifẹ ti o ti royin laipẹ jẹ perfluoropolyether (PFPE), afọwọṣe polyethylene oxide perfluorinated (PEO) ti o jẹ olokiki daradara fun ailagbara rẹ (aworan 6G) .Awọn ẹgbẹ carbonate methyl meji ni iyipada lori awọn ẹgbẹ ebute ti awọn ẹwọn PFPE (PFPE-DMC) lati rii daju ibamu ti awọn ohun elo pẹlu awọn eto batiri lọwọlọwọ.Nitorinaa, ailagbara ati iduroṣinṣin gbona ti PFPEs le mu aabo ti LIBs ni pataki lakoko ti o pọ si nọmba gbigbe elekitiroti nitori apẹrẹ igbekalẹ molikula alailẹgbẹ.
Ipele 3 jẹ ipari ṣugbọn ni pataki ipele pataki fun ilana salọ igbona.O yẹ ki o ṣe akiyesi pe botilẹjẹpe awọn igbiyanju nla ti yasọtọ si idinku flammability ti elekitiroti olomi-ti-ti-aworan, lilo awọn elekitiroti-ipinle ti o lagbara ti kii ṣe iyipada fihan ileri nla.Awọn elekitiroli to lagbara ni akọkọ ṣubu si awọn ẹka meji: awọn elekitiroli seramiki inorganic [sulfides, oxides, nitrides, phosphates, bbl] ati awọn elekitiroliti polima to lagbara [awọn idapọmọra ti iyọ Li pẹlu awọn polima, gẹgẹ bi poly(etylene oxide), polyacrylonitrile, bbl].Awọn igbiyanju lati ni ilọsiwaju awọn elekitiroti to lagbara kii yoo ṣe alaye nibi, nitori pe koko yii ti ni akopọ daradara ni ọpọlọpọ awọn atunwo to ṣẹṣẹ.
OWO
Ni iṣaaju, ọpọlọpọ awọn ohun elo aramada ti ni idagbasoke lati mu aabo batiri dara si, botilẹjẹpe iṣoro naa ko tii yanju patapata.Ni afikun, awọn ilana ti o wa labẹ awọn ọran aabo yatọ fun kemistri batiri kọọkan ti o yatọ.Nitorinaa, awọn ohun elo kan pato ti a ṣe fun awọn batiri oriṣiriṣi yẹ ki o ṣe apẹrẹ.A gbagbọ pe awọn ọna ti o munadoko diẹ sii ati awọn ohun elo ti a ṣe apẹrẹ daradara wa lati wa awari.Nibi, a ṣe atokọ ọpọlọpọ awọn itọnisọna to ṣeeṣe fun iwadii aabo batiri iwaju.
Ni akọkọ, o ṣe pataki lati dagbasoke ni ipo tabi ni awọn ọna operando lati ṣawari ati ṣe atẹle awọn ipo ilera inu ti LIBs.Fun apẹẹrẹ, ilana imunado gbona jẹ ibatan pẹkipẹki si iwọn otutu inu tabi ilosoke titẹ laarin awọn LIBs.Bibẹẹkọ, pinpin iwọn otutu inu awọn batiri jẹ dipo eka, ati pe awọn ọna nilo lati ṣe atẹle awọn iye deede fun awọn elekitiroti ati awọn amọna, ati awọn iyapa.Nitorinaa, ni anfani lati wiwọn awọn aye wọnyi fun awọn paati oriṣiriṣi jẹ pataki fun ṣiṣe iwadii ati nitorinaa idilọwọ awọn eewu aabo batiri.
Iduroṣinṣin gbona ti awọn oluyapa jẹ pataki fun aabo batiri.Awọn polima ti o ṣẹṣẹ dagbasoke pẹlu awọn aaye yo ti o ga jẹ doko ni jijẹ iduroṣinṣin igbona ti oluyapa.Bibẹẹkọ, awọn ohun-ini ẹrọ wọn tun wa ni isalẹ, dinku agbara ilana wọn pupọ lakoko apejọ batiri.Pẹlupẹlu, idiyele tun jẹ ifosiwewe pataki ti o yẹ ki o gbero fun awọn ohun elo to wulo.
Idagbasoke ti awọn elekitiroti to lagbara dabi pe o jẹ ojutu ti o ga julọ fun awọn ọran aabo ti LIBs.Awọn ri to electrolyte yoo gidigidi din awọn seese ti batiri ti abẹnu shorting, pẹlú pẹlu awọn ewu ti ina ati bugbamu.Botilẹjẹpe awọn akitiyan nla ti yasọtọ si ilọsiwaju ti awọn elekitiroti to lagbara, iṣẹ wọn tẹsiwaju lati aisun jinna lẹhin ti awọn elekitiroti olomi.Awọn akojọpọ ti inorganic ati polima electrolytes ṣe afihan agbara nla, ṣugbọn wọn nilo apẹrẹ elege ati igbaradi.A tẹnumọ pe apẹrẹ pipe ti awọn atọkun inorganic-polima ati imọ-ẹrọ ti titete wọn jẹ pataki fun gbigbe Li-ion to munadoko.
O yẹ ki o ṣe akiyesi pe ẹrọ itanna omi kii ṣe paati batiri nikan ti o jẹ ijona.Fun apẹẹrẹ, nigbati awọn LIBs ba gba agbara gaan, awọn ohun elo anode lithible combustible (fun apẹẹrẹ, graphite lithiated) tun jẹ ibakcdun aabo nla kan.Awọn idaduro ina ti o le ṣe idaduro awọn ina daradara ti awọn ohun elo ipinlẹ to lagbara ni a beere pupọ lati mu aabo wọn pọ si.Awọn idapada ina le jẹ idapọ pẹlu graphite ni irisi awọn binders polima tabi awọn ilana adaṣe.
Ailewu batiri jẹ iṣoro dipo eka ati fafa.Ọjọ iwaju ti aabo batiri awọn ipe fun awọn igbiyanju diẹ sii ni awọn ikẹkọ mechanistic ipilẹ fun oye ti o jinlẹ ni afikun si awọn ọna abuda to ti ni ilọsiwaju, eyiti o le funni ni alaye siwaju sii lati ṣe itọsọna apẹrẹ awọn ohun elo.Botilẹjẹpe Atunwo yii ṣe idojukọ aabo ipele awọn ohun elo, o yẹ ki o ṣe akiyesi pe ọna pipe ni a nilo siwaju lati yanju ọran aabo ti LIBs, nibiti awọn ohun elo, awọn paati sẹẹli ati ọna kika, ati module batiri ati awọn akopọ ṣe awọn ipa dogba lati jẹ ki awọn batiri ti o gbẹkẹle ṣaaju ṣaaju a tú wọn sí ọjà.
Awọn itọkasi ATI AKIYESI
Kai Liu, Yayuan Liu, DingchangLin, Allen Pei, Yi Cui, Awọn ohun elo fun aabo batiri lithium-ion, ScienceAdvances, DOI:10.1126/sciadv.aas9820
Akoko ifiweranṣẹ: Oṣu Kẹta-05-2021
