Abstraktaĵo
Litio-jonaj baterioj (LIB) estas konsiderataj kiel unu el la plej gravaj energi-stokaj teknologioj.Ĉar la energidenseco de baterioj pliiĝas, bateria sekureco iĝas eĉ pli kritika se la energio estas liberigita neintence.Akcidentoj ligitaj al fajroj kaj eksplodoj de LIBoj okazas ofte tutmonde.Iuj kaŭzis gravajn minacojn al homa vivo kaj sano kaj kaŭzis multajn revokojn de produktaĵoj de produktantoj.Ĉi tiuj okazaĵoj estas memorigiloj, ke sekureco estas antaŭkondiĉo por baterioj, kaj seriozaj problemoj devas esti solvitaj antaŭ la estonta apliko de alt-energiaj bateriosistemoj.Ĉi tiu Revizio celas resumi la fundamentojn de la originoj de LIB-sekurecaj aferoj kaj reliefigi lastatempan ŝlosilan progreson en materiala dezajno por plibonigi LIB-sekurecon.Ni antaŭvidas, ke ĉi tiu Revizio inspiros plian plibonigon en bateria sekureco, precipe por emerĝantaj LIB-oj kun alta energia denseco.
LA ORIGINOJ DE LIB SEKURECO
La organika likva elektrolito ene de LIBoj estas interne brulema.Unu el la plej katastrofaj fiaskoj de LIB-sistemo estas la kaskada termika forkurinta evento, kiu estas konsiderita la ĉefa kaŭzo de zorgoj pri bateria sekureco.Ĝenerale, termika forkuriĝo okazas kiam eksoterma reago iĝas for de kontrolo.Ĉar la temperaturo de la kuirilaro pliiĝas super ~80 °C, la eksterterma kemia reakcia indico ene de la baterioj pliiĝas kaj plue varmigas la ĉelon, rezultigante pozitivan reagociklon.La senĉese altiĝantaj temperaturoj povas rezultigi fajrojn kaj eksplodojn, precipe por grandaj bateripakaĵoj.Tial, kompreni la kaŭzojn kaj procezojn de termika forkuro povas gvidi la dezajnon de funkciaj materialoj por plibonigi la sekurecon kaj fidindecon de LIBoj.La termika forkurinta procezo povas esti dividita en tri stadiojn, kiel resumite enFig. 1.
Fig. 1 Tri etapoj por la termika forkura procezo.
Etapo 1: La komenco de trovarmiĝo.La kuirilaroj ŝanĝiĝas de normala al nenormala stato, kaj la interna temperaturo komencas pliiĝi.Etapo 2: Procezo de amasiĝo de varmo kaj liberigo de gaso.La interna temperaturo rapide altiĝas, kaj la kuirilaro suferas ekstertermajn reagojn.Etapo 3: Brulado kaj eksplodo.La brulema elektrolito brulas, kondukante al fajroj kaj eĉ eksplodoj.
La komenco de trovarmiĝo (etapo 1)
Termika fuĝo komenciĝas de la trovarmiĝo de la bateriosistemo.La komenca trovarmiĝo povas okazi kiel rezulto de la baterio estanta ŝargita preter la dizajnita tensio (troŝargado), eksponiĝo al troaj temperaturoj, eksteraj fuŝkontaktoj pro misa drataro, aŭ internaj fuŝkontaktoj pro ĉeldifektoj.Inter ili, interna fuŝkontakto estas la superrega kialo de termika forkuriĝo kaj estas relative malfacile kontroli.Interna fuŝkontakto povas okazi en cirkonstancoj de ĉelpremado kiel ekstera metala derompaĵo penetrado;veturilo kolizio;formado de litio dendrito sub alta kurenta denseca ŝargado, sub troŝarĝaj kondiĉoj aŭ ĉe malaltaj temperaturoj;kaj mankhavaj apartigiloj kreitaj dum kuirilaro, por nomi kelkajn.Ekzemple, en frua oktobro 2013, Tesla aŭto proksime de Seatlo trafis metalrubojn kiuj trapikis la ŝildon kaj la bateripakaĵon.La derompaĵoj penetris la polimerapartigilojn kaj rekte konektis la katodon kaj anodon, kaŭzante la baterion mallongigi kaj ekbruligi;en 2016, la Samsung Note 7-baterio-fajroj ŝuldiĝis al la agreseme ultramaldika apartigilo, kiu estis facile difektita de ekstera premo aŭ la veldaj bavoj sur la pozitiva elektrodo, kaŭzante la baterion mallongigi.
Dum la 1-a etapo, kuirilaro ŝanĝas de normala al nenormala stato, kaj ĉiuj aferoj listigitaj supre kaŭzos la baterion supervarmiĝi.Kiam la interna temperaturo komencas pliiĝi, la stadio 1 finiĝas kaj la stadio 2 komenciĝas.
Varmoamasiĝo kaj gasa ellasiga procezo (ŝtupo 2)
Ĉar la 2-a etapo komenciĝas, la interna temperaturo rapide altiĝas, kaj la baterio spertas la sekvajn reagojn (ĉi tiuj reagoj ne okazas en la preciza donita ordo; kelkaj el ili povas okazi samtempe):
(1) Malkomponaĵo de solida elektrolita interfazo (SEI) pro varmiĝo aŭ fizika penetrado.La SEI-tavolo plejparte konsistas el stabilaj (kiel ekzemple LiF kaj Li2CO3) kaj metastabila [kiel ekzemple polimeroj, ROCO2Li, (CH2OCO2Li)2, kaj ROLi] komponentoj.Tamen, la metastabilaj komponentoj povas putriĝi eksterterme je proksimume >90 °C, liberigante brulemajn gasojn kaj oksigenon.Prenu (CH2OCO2Li)2 kiel ekzemplon
(CH2OCO2Li)2→Li2CO3+C2H4+CO2+0.5O2
(2) Kun la putriĝo de SEI, la temperaturo altiĝas, kaj la litia metalo aŭ interkalita litio en la anodo reagos kun la organikaj solviloj en la elektrolito, liberigante brulemajn hidrokarbonajn gasojn (etano, metano kaj aliaj).Ĉi tio estas eksoterma reago, kiu plialtigas la temperaturon.
(3) KiamT> ~130 °C, la disigilo de polietileno (PE)/polipropileno (PP) komencas fandi, kio plue difektas la situacion kaj kaŭzas mallongan cirkviton inter la katodo kaj la anodo.
(4) Fine, varmo kaŭzas la putriĝon de la litia metala oksida katoda materialo kaj rezultigas liberigon de oksigeno.Prenu LiCoO2 kiel ekzemplon, kiu povas malkomponiĝi ekde ~180 °C jene
La rompo de la katodo ankaŭ estas tre eksoterma, plu pliigante la temperaturon kaj premon kaj, kiel rezulto, plue akcelante la reagojn.
Dum etapo 2, la temperaturo pliiĝas kaj oksigeno akumuliĝas ene de baterioj.La termika senbrida procezo iras de ŝtupo 2 ĝis ŝtupo 3 tuj kiam sufiĉe da oksigeno kaj varmo akumuliĝis por bateriobrulado.
Brulado kaj eksplodo (ŝtupo 3)
En la 3-a etapo, brulado komenciĝas.La elektrolitoj de LIBoj estas organikaj, kiuj estas preskaŭ universalaj kombinaĵoj de ciklaj kaj liniaj alkilkarbonatoj.Ili havas altan volatilon kaj estas interne tre brulemaj.Prenante la populare uzatan karbonatan elektroliton [la miksaĵo de etilenkarbonato (EC) + dimetilkarbonato (DMC) (1:1 laŭ pezo)] kiel ekzemplon, ĝi elmontras vaporpremon de 4.8 kPa ĉe ĉambra temperaturo kaj ekstreme malaltan ekflampunkton. de 25° ± 1°C je aerpremo de 1.013 bar .La liberigitaj oksigeno kaj varmo en ŝtupo 2 disponigas la postulatajn kondiĉojn por la bruligado de brulemaj organikaj elektrolitoj, tiel kaŭzante fajro- aŭ eksploddanĝerojn.
En ŝtupoj 2 kaj 3, la eksotermaj reagoj okazas sub preskaŭ-adiabataj kondiĉoj.Tiel, akcelita rapideca kalorimetrio (ARC) estas vaste uzita tekniko kiu simulas la medion ene de la LIBoj, kiu faciligas nian komprenon de la termika senbrida reakkinetiko.Figuro 2montras tipan ARC-kurbon de LIB registrita dum la testoj pri termika misuzo.Simulante la temperaturo-pliiĝojn en la etapo 2, ekstera varmofonto pliigas la bateriotemperaturon al la komenca temperaturo.Super ĉi tiu temperaturo, la SEI malkomponiĝas, kio ekigos pli eksotermajn kemiajn reagojn.Fine, la apartigilo fandos.La mem-hejma indico poste pliiĝos, kondukante al termika forkuriĝo (kiam la mem-hejmada indico estas >10 °C/min) kaj elektrolitbrulado (ŝtupo 3).
La anodo estas mezokarbona mikrobilgrafito.La katodo estas LiNi0.8Co0.05Al0.05O2.La elektrolito estas 1.2 M LiPF6 en EC/PC/DMC.Celgard 2325 tritavola apartigilo estis uzita.Adaptite kun permeso de Electrochemical Society Inc.
Oni devas rimarki, ke la supre ilustritaj reagoj ne strikte okazas unu post la alia en la donita ordo.Ili estas, prefere, kompleksaj kaj sistemaj aferoj.
MATERIOJ KUN PLIBOJITA BATERIA SEKURECO
Surbaze de la kompreno de bateria termika forkuriĝo, multaj aliroj estas studitaj, kun la celo redukti sekurecdanĝerojn per la racia dezajno de bateriokomponentoj.En la sekvaj sekcioj, ni resumas malsamajn materialajn alirojn por plibonigi baterian sekurecon, solvante problemojn respondajn al malsamaj termikaj forkurintaj stadioj.
Por solvi la problemojn en la etapo 1 (la komenco de trovarmiĝo)
Fidindaj anodaj materialoj.La Li-dendritformacio sur la anodo de LIB iniciatas la unuan fazon de termika forkuriĝo.Kvankam tiu afero estis mildigita en la anodoj de komercaj LIBoj (ekzemple, karbonaj anodoj), Li-dendritformado ne estis totale malhelpita.Ekzemple, en komercaj LIBoj, dendritdemetaĵo okazas prefere ĉe grafitaj elektrodrandoj se la anodoj kaj katodoj ne estas bone parigitaj.Krome, la nedecaj operaciokondiĉoj de la LIBoj ankaŭ povas rezultigi Li-metaldemetadon kun dendrita kresko.Estas bone konata ke dendrito povas esti facile formita se la baterio estas ŝargita (i) ĉe altaj kurentdensecoj kie la demetaĵo de Li-metalo estas pli rapida ol la difuzo de Li-jonoj en la groca grafito;(ii) sub troŝargaj kondiĉoj kiam grafito estas trolitigita;kaj (iii) ĉe malaltaj temperaturoj [ekzemple, subĉirkaŭa temperaturo (~0 °C)], pro la pliigita viskozeco de la likva elektrolito kaj la pliigita Li-jona difuzrezisto.
De la vidpunkto de materialaj propraĵoj, la radika origino determinanta la komencon de Li-dendrita kresko sur la anodo estas la malstabila kaj neunuforma SEI, kiu kaŭzas neegalan lokan kurentdistribuon.Elektrolitkomponentoj, precipe aldonaĵoj, estis esploritaj por plibonigi SEI-unuformecon kaj forigi Li-dendritan formadon.Tipaj aldonaĵoj inkluzivas neorganikajn komponaĵojn [ekzemple CO2 , LiI , ktp.] kaj organikajn komponaĵojn enhavantajn nesaturitajn karbonajn ligojn kiel vinilenkarbonato kaj maleimida aldonaĵoj;malstabilaj ciklaj molekuloj kiel butirolaktono, etilensulfito, kaj iliaj derivaĵoj;kaj fluorigitaj komponaĵoj kiel fluoroetilenkarbonato, inter aliaj.Eĉ sur la parto-po-miliona nivelo, tiuj molekuloj daŭre povas plibonigi la SEI-morfologion, tiel homogenigante la Li-jonan fluon kaj eliminante la eblecon de Li-dendritformado.
Ĝenerale, la Li-dendritaj defioj daŭre ĉeestas en grafito aŭ karbonaj anodoj kaj silicio/SiO enhavantaj venontgeneraciajn anodojn.Solvi la problemon de Li-dendrito-kresko estas defio, kiu estas kritika por la adapto de altenergiaj densecaj Li-jonaj kemioj en proksima estonteco.Oni devas rimarki, ke lastatempe konsiderindaj klopodoj estis dediĉitaj al solvi la problemon de Li-dendrita formado en puraj Li-metalaj anodoj per homogenigado de la Li-jona fluo dum Li-demetado;ekzemple, protekta tavola tegaĵo, artefarita SEI-inĝenierado, ktp. En ĉi tiu aspekto, kelkaj el la metodoj eble povus ĵeti lumon pri kiel trakti la aferon pri karbonaj anodoj ankaŭ en LIBoj.
Multfunkciaj likvaj elektrolitoj kaj apartigiloj.La likva elektrolito kaj apartigilo ludas ŝlosilajn rolojn en fizike apartigado de la alt-energia katodo kaj anodo.Tiel, bone dezajnitaj multfunkciaj elektrolitoj kaj apartigiloj povas signife protekti la bateriojn en la frua stadio de bateria termika forkuro (ŝtupo 1).
Por protekti bateriojn kontraŭ mekanika dispremado, tonda dikigita likva elektrolito estis akirita per la simpla aldono de fumadsiliko al karbonata elektrolito (1 M LiFP6 en EC/DMC).Sur mekanika premo aŭ efiko, la likvaĵo elmontras tonddensigan efikon kun pliiĝo en viskozeco, tial disipante la efikenergion kaj montrante toleremon al dispremado (Fig. 3A)
Fig. 3 Strategioj por solvi la problemojn en etapo 1.
(A) Tondi dikiĝanta elektrolito.Supre: Por normala elektrolito, mekanika efiko povas konduki al bateria interna mallongigo, kaŭzante fajrojn kaj eksplodojn.Fundo: La nova inteligenta elektrolito kun tonda dikiĝo-efiko sub premo aŭ efiko montras bonegan toleremon al dispremado, kiu povus signife plibonigi la mekanikan sekurecon de kuirilaroj.(B) Dufunkciaj apartigiloj por frua detekto de litio-dendritoj.Dendritformacio en tradicia litia baterio, kie kompleta penetro de la apartigilo de litia dendrito estas nur detektita kiam la baterio malsukcesas pro interna kurta cirkvito.En komparo, litia baterio kun dufunkcia apartigilo (konsistanta el konduktavolo krampita inter du konvenciaj apartigiloj), kie la superkreskita litia dendrito penetras la apartigilon kaj faras kontakton kun la kondukta kupra tavolo, rezultigante falon enVCu−Li, kiu funkcias kiel averto de urĝa fiasko pro interna fuŝkontakto.Tamen, la plena baterio restas sekure funkcianta kun nenula potencialo.(A) kaj (B) estas adaptitaj aŭ reproduktitaj kun permeso de Springer Nature.(C) Tritavola apartigilo por konsumi danĝerajn Li-dendritojn kaj plilongigi baterian vivon.Maldekstre: Litiaj anodoj povas facile formi dendritajn kuŝejojn, kiuj povas iom post iom pligrandiĝi kaj penetri la inertan polimeran apartigilon.Kiam la dendritoj finfine konektas la katodon kaj anodon, la baterio estas fuŝkontaktigita kaj malsukcesas.Dekstre: Tavolo de silicoksidaj nanopartikloj estis krampita per du tavoloj de komercaj polimeraj apartigiloj.Tial, kiam litiaj dendritoj kreskas kaj penetras la apartigilon, ili kontaktos la silicoksidanopartiklojn en la sandviĉita tavolo kaj estos elektrokemie konsumitaj.(D) Skananta elektronmikroskopio (SEM) bildo de la silicoksida nanopartikla krampita apartigilo.(E) Tipa tensio kontraŭ tempoprofilo de Li/Lio-baterio kun konvencia apartigilo (ruĝa kurbo) kaj la silicoksida nanopartikla krampita tritavola apartigilo (nigra kurbo) testita sub la samaj kondiĉoj.(C), (D), kaj (E) estas reproduktitaj kun permeso de John Wiley and Sons.(F) Skema ilustraĵo de la mekanismoj de la redoks-navedaj aldonaĵoj.Sur troŝarĝita katodsurfaco, la redoks-aldonaĵo estas oksigenita al la formo [O], kiu poste estus reduktita reen al sia origina stato [R] sur la surfaco de la anodo per difuzo tra la elektrolito.La elektrokemia ciklo de oksigenado-disvastigo-redukto-disvastigo povas esti konservita senfine kaj tial ŝlosas la katodpotencialon de danĝera troŝargado.(G) Tipaj kemiaj strukturoj de la redox-navedaj aldonaĵoj.(H) Mekanismo de la ĉesaj troŝarĝaj aldonaĵoj, kiuj povas elektrokemie polimeri ĉe altaj potencialoj.(I) Tipaj kemiaj strukturoj de la ĉesaj troŝarĝaj aldonaĵoj.La laborpotencialoj de la aldonaĵoj estas listigitaj sub ĉiu molekula strukturo en (G), (H), kaj (I).
Apartigiloj povas elektronike izoli la katodon kaj anodon kaj ludi gravan rolon en monitorado de la sankondiĉo de baterio surloke por malhelpi plian difekton preter la etapo 1. Ekzemple, "dufunkcia apartigilo" kun polimer-metala-polimera tritavola agordo (Figuro 3B) povas disponigi novan tensio-sentantan funkcion.Kiam dendrito kreskas kaj atingas la mezan tavolon, ĝi ligos la metalan tavolon kaj la anodon tia ke subita tensiofalo inter ili povas esti detektita tuj kiel eligo.
Krom detekto, tritavola apartigilo estis dizajnita por konsumi la danĝerajn Li-dendritojn kaj bremsi ilian kreskon post penetrado de la apartigilo.Tavolo de silicoksidnanopartikloj, krampita per du tavoloj de komercaj poliolefinaj apartigiloj (Fig. 3, C kaj D), povas konsumi ajnajn penetrajn danĝerajn Li-dendritojn, tiel efike plibonigante la baterian sekurecon.La vivo de la protektita baterio estis signife plilongigita je proksimume kvin fojojn kompare kun tiu havanta konvenciajn apartigilojn (Fig. 3E).
Superŝarga protekto.Troŝargado estas difinita kiel ŝargado de baterio preter ĝia dizajnita tensio.Troŝargado povus esti ekigita de altaj specifaj kurentdensecoj, agresemaj ŝargaj profiloj, ktp., kiuj povas kaŭzi serion de problemoj, inkluzive de (i) demetado de Li-metalo sur la anodo, kiu grave influas la elektrokemian agadon kaj sekurecon de la baterio;(ii) putriĝo de la katoda materialo, liberigante oksigenon;kaj (iii) putriĝo de la organika elektrolito, liberigante varmecon kaj gasajn produktojn (H2, hidrokarbidoj, CO, ktp.), kiuj respondecas pri termika forkuriĝo.La elektrokemiaj reakcioj dum la putriĝo estas komplikaj, kelkaj el kiuj estas listigitaj malsupre.
La asterisko (*) indikas ke la hidrogengaso originas de la protiko, forlasante grupojn generitajn dum la oksigenado de karbonatoj ĉe la katodo, kiuj tiam difuzigas al la anodo por esti reduktitaj kaj generi H2.
Surbaze de la diferencoj en iliaj funkcioj, la superŝarĝaj protektaj aldonaĵoj povas esti klasifikitaj kiel redox-navaj aldonaĵoj kaj ĉesaj aldonaĵoj.La unua protektas la ĉelon kontraŭ troŝarĝo reigeble, dum la dua finas ĉelfunkciadon permanente.
Redoksaj naved-aldonaĵoj funkcias elektrokemie ŝovante la troan ŝargon injektitan en la kuirilaron kiam troŝargo okazas.Kiel montrite enFig. 3F, la mekanismo baziĝas sur redoksa aldonaĵo kiu havas oksigenadpotencialon iomete pli malalta ol tiu de la elektrolita anoda putriĝo.Sur troŝarĝita katodsurfaco, la redoks-aldonaĵo estas oksigenita al la formo [O], kiu poste estus reduktita reen al sia origina stato [R] sur la surfaco de la anodo post difuzo tra la elektrolito.Poste, la reduktita aldonaĵo povas difuzigi reen al la katodo, kaj la elektrokemia ciklo de "oksidado-disvastigo-redukto-disvastigo" povas esti konservita senfine kaj tial ŝlosas la katodpotencialon de plia danĝera troŝargado.Studoj montris ke la redox-potencialo de la aldonaĵoj devus esti proksimume 0,3 ĝis 0,4 V super la potencialo de la katodo.
Serio de aldonaĵoj kun bone tajloritaj kemiaj strukturoj kaj redox-potencialoj estis evoluigitaj, inkluzive de organometalaj metalocenoj, fenotiazinoj, trifenilaminoj, dimetoksibenzenoj kaj iliaj derivaĵoj, kaj 2-(pentafluorofenil)-tetrafluoro-1,3,2-benzodioxaborole (Fig. 3G).Tajlante molekulajn strukturojn, la aldonaj oksigenadpotencialoj povas esti agorditaj al super 4 V, kiu taŭgas por la rapide evoluantaj alttensiaj katodaj materialoj kaj elektrolitoj.La baza dezajnoprincipo implikas malaltigi la plej altan okupatan molekulan orbitalon de la aldonaĵo per aldonado de elektron-retiraj anstataŭaĵoj, kondukante al pliiĝo en oksigenadpotencialo.Krom organikaj aldonaĵoj, kelkaj neorganikaj saloj, kiuj ne nur povas funkcii kiel la elektrolitsalo sed ankaŭ povas funkcii kiel redox-pramo, kiel ekzemple perfluoroboranaj saloj [t.e., litiofluorododekaboratoj (Li2B12F).xH12−x)], ankaŭ estis trovitaj esti efikaj redoksaj navedaj aldonaĵoj.
Ŝaltigaj superŝarĝaj aldonaĵoj estas klaso de nemaligeblaj superŝarĝaj protektaj aldonaĵoj.Ili funkcias aŭ liberigante gason ĉe altaj potencialoj, kiu, en victurno, aktivigas nunan interrompilon, aŭ konstante elektrokemie polimerigante ĉe altaj potencialoj por ĉesigi la bateriofunkciadon antaŭ ol katastrofaj rezultoj okazas (Fig. 3H).Ekzemploj de la unua inkludas xilenon , cikloheksilbenzenon , kaj bifenilo , dum ekzemploj de ĉi-lasta inkludas bifenil kaj aliajn anstataŭigitajn aromajn kunmetaĵojn (Fig. 3I).La negativaj efikoj de ĉesaj aldonaĵoj daŭre estas la longperspektiva operacio kaj stokado-rendimento de la LIBoj pro la nemaligebla oksigenado de tiuj kunmetaĵoj.
Por solvi la problemojn en la 2-a etapo (varmiga amasiĝo kaj gasa ellasiga procezo)
Fidindaj katodaj materialoj.Litiaj transirmetalaj oksidoj, kiel tavoligitaj oksidoj LiCoO2, LiNiO2 kaj LiMnO2;la spinel-tipa oksido LiM2O4;kaj la polianion tipo LiFePO4, estas populare uzataj katodaj materialoj, kiuj tamen havas sekurecajn problemojn precipe ĉe altaj temperaturoj.Inter ili, la olivin-strukturita LiFePO4 estas relative sekura, kiu estas stabila ĝis 400 °C, dum LiCoO2 komencas putriĝi je 250 °C.La kialo de la plibonigita sekureco de LiFePO4 estas ke ĉiuj la oksigenjonoj formas fortajn kovalentajn ligojn kun P5+ por formi la PO43− kvareddrajn polianionojn, kiuj stabiligas la tutan tridimensian kadron kaj disponigas plibonigitan stabilecon kompare kun aliaj katodmaterialoj, kvankam ankoraŭ ekzistas. estis raportitaj iuj akcidentoj pri bateria fajro.La plej grava sekureczorgo ekestiĝas de la putriĝo de ĉi tiuj katodaj materialoj ĉe altaj temperaturoj kaj la samtempa oksigena liberigo, kiuj kune povas konduki al bruligado kaj eksplodoj, serioze endanĝerigante baterian sekurecon.Ekzemple, la kristalstrukturo de la tavoligita oksido LiNiO2 estas malstabila pro la ekzisto de Ni2+, kies jona grandeco estas simila al tiu de Li+.La delitigita LixNiO2 (x< 1) tendencas transformi al pli stabila spinel-speca fazo LiNi2O4 (spinelo) kaj roksal-speca NiO, kun oksigeno liberigita en likvan elektroliton je proksimume 200 °C, kondukante al elektrolitbruligo.
Konsiderindaj klopodoj estis faritaj por plibonigi la termikan stabilecon de tiuj katodaj materialoj per atomdopado kaj surfacaj protektaj tegaĵoj.
Atomdopado povas signife pliigi la termikan stabilecon de la tavoligitaj oksidmaterialoj pro la rezultaj stabiligitaj kristalstrukturoj.La termika stabileco de LiNiO2 aŭ Li1.05Mn1.95O4 povas esti signife plibonigita per parta anstataŭigo de Ni aŭ Mn kun aliaj metalkatjonoj, kiel ekzemple Co, Mn, Mg, kaj Al.Por LiCoO2, la enkonduko de dopado kaj alojaj elementoj kiel Ni kaj Mn povas draste pliigi la putriĝon komencan temperaturon.Tdec, dum ankaŭ evitante reagojn kun elektrolito ĉe altaj temperaturoj.Tamen, pliiĝoj en katoda termika stabileco ĝenerale venas kun oferoj en specifa kapacito.Por solvi tiun problemon, koncentriĝ-gradienta katodmaterialo por ŝargeblaj litiaj baterioj bazita sur tavoligita litia nikela kobalta manganoksido estis evoluigita (Fig. 4A).En ĉi tiu materialo, ĉiu partiklo havas Ni-riĉan centran grocon kaj Mn-riĉan eksteran tavolon, kun malkreskanta Ni-koncentriĝo kaj pliiĝantaj Mn kaj Co-koncentriĝoj kiam la surfaco estas alproksimigita (Figuro 4B).La unua disponigas altan kapaciton, dum la dua plibonigas termikan stabilecon.Ĉi tiu nova katodmaterialo pruviĝis plibonigi la sekurecon de baterioj sen endanĝerigi ilian elektrokemian efikecon (Fig. 4C).
Fig. 4 Strategioj por solvi la problemojn en etapo 2: Fidindaj katodoj.
(A) Skema diagramo de pozitiva elektrodpartiklo kun Ni-riĉa kerno ĉirkaŭita de koncentriĝ-gradienta ekstera tavolo.Ĉiu partiklo havas Ni-riĉan centran grocon Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2 kaj Mn-riĉan eksteran tavolon [Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2] kun malkreskanta Ni-koncentriĝo kaj pliiĝantaj Mn kaj Co-koncentriĝoj. kiam la surfaco proksimiĝas.La unua disponigas altan kapaciton, dum la dua plibonigas la termikan stabilecon.La averaĝa konsisto estas Li(Ni0.68Co0.18Mn0.18)O2.Skananta elektronmikrografo de tipa partiklo ankaŭ estas montrita dekstre.(B) Elektron-sondaj rentgenaj mikroanalizaj rezultoj de la fina litiata oksido Li(Ni0.64Co0.18Mn0.18)O2.La laŭpaŝaj koncentriĝŝanĝoj de Ni, Mn, kaj Co en la intertavolo estas evidentaj.La Ni-koncentriĝo malpliiĝas, kaj la Co kaj Mn-koncentriĝoj pliiĝas direkte al la surfaco.(C) Diferenciala skana kalorimetrio (DSC) spuroj montrantaj varmofluon de la reago de la elektrolito kun koncentriĝ-gradienta materialo Li(Ni0.64Co0.18Mn0.18)O2, la Ni-riĉa centra materialo Li(Ni0.8Co0.1Mn0. 1)O2, kaj la Mn-riĉa ekstera tavolo [Li(Ni0.46Co0.23Mn0.31)O2].La materialoj estis ŝargitaj al 4.3 V. (A), (B), kaj (C) estas reproduktitaj kun permeso de Springer Nature.(D) Maldekstre: Transdona elektronmikroskopio (TEM) lumkampa bildo de la AlPO4 nanopartiklo-tegita LiCoO2;energia dispersiva rentgen-spektrometrio konfirmas la Al- kaj P-komponentojn en la tegtavolo.Dekstre: Alt-rezolucia TEM-bildo montranta la nanopartiklojn de AlPO4 (~3 nm en diametro) en la nanoskala tega tavolo;la sagoj indikas la interfacon inter la tavolo de AlPO4 kaj LiCoO2.(E) Maldekstre: Bildo de ĉelo enhavanta nudan LiCoO2-katodon post la 12-V troŝargotesto.La ĉelo brulis kaj eksplodis ĉe tiu tensio.Dekstre: Bildo de ĉelo enhavanta la AlPO4-nanopartiklan kovritan LiCoO2 post la 12-V troŝargotesto.(D) kaj (E) estas reproduktitaj kun permeso de John Wiley and Sons.
Alia strategio por plibonigi termikan stabilecon estas kovri la katodan materialon per protekta maldika tavolo de termike stabilaj Li+-kondukantaj kunmetaĵoj, kiuj povas malhelpi la rektan kontakton de katodaj materialoj kun elektrolito kaj tiel malpliigi flankajn reagojn kaj varmogenadon.La tegaĵoj povas esti aŭ neorganikaj filmoj [ekzemple, ZnO , Al2O3 , AlPO4 , AlF3 , ktp.], kiuj povas konduki Lijonojn post estado litiigitaj (Fig. 4, D kaj E), aŭ organikaj filmoj, kiel ekzemple poli(dialildimetilamonia klorido), protektaj filmoj formitaj per γ-butirolaktonaj aldonaĵoj, kaj plurkomponentaj aldonaĵoj (konsistantaj el vinilenkarbonato, 1,3-propilensulfito kaj dimetilacetamido).
Enkonduki tegaĵon kun pozitiva temperaturkoeficiento ankaŭ estas efika por pliigi katodsekurecon.Ekzemple, poli(3-deciltiofeno)-tegitaj LiCoO2-katodoj povas fermi elektrokemiajn reagojn kaj flankajn reagojn post kiam la temperaturo altiĝas ĝis >80 °C, ĉar la kondukta polimera tavolo povas transformi rapide al tre rezistema stato.Tegaĵoj de mem-finitaj oligomeroj kun hiper-branĉa arkitekturo ankaŭ povas funkcii kiel termike respondema blokadtavolo por fermi la baterion de la katodflanko.
Termoŝanĝebla kurentkolektilo.Ĉesigo de elektrokemiaj reagoj dum bateriotemperaturpliiĝoj ĉe ŝtupo 2 povas efike malhelpi la temperaturon pliiĝi.Rapida kaj reigebla termorespondema polimerŝanĝo (TRPS) estis integrigita interne en la nunan kolektanton (Figuro 5A).La maldika filmo de TRPS konsistas el konduktaj grafen-tegitaj pikaj nanostrukturitaj nikelo-partikloj (GrNi) kiel la kondukta plenigaĵo kaj PE-matrico kun granda termika ekspansiokoeficiento (α ~ 10−4 K−1).La kiel-fabrikitaj polimeraj kunmetitaj filmoj montras altan konduktivecon (σ) ĉe ĉambra temperaturo, sed kiam la temperaturo alproksimiĝas al la ŝanĝa temperaturo (Ts), la konduktiveco malpliiĝas ene de 1 s je sep ĝis ok grandordoj kiel rezulto de polimera volumeneksanĝo, kiu apartigas la konduktajn partiklojn kaj rompas la konduktajn vojojn (Figuro 5B).La filmo tuj iĝas izola kaj tiel ĉesigas la bateriofunkciadon (Figuro 5C).Ĉi tiu procezo estas tre reigebla kaj povas funkcii eĉ post multoblaj trovarmigaj eventoj sen endanĝerigi la agadon.
Fig. 5 Strategioj por solvi la problemojn en la etapo 2.
(A) Skema ilustraĵo de la termika ŝanĝmekanismo de la TRPS nuna kolektanto.La sekura baterio havas unu aŭ du nunajn kolektantojn kovritajn per maldika TRPS-tavolo.Ĝi funkcias normale ĉe ĉambra temperaturo.Tamen, en kazo de alta temperaturo aŭ granda fluo, la polimera matrico disetendiĝas, tiel apartigante la konduktajn partiklojn, kiuj povas malpliigi ĝian konduktivecon, multe pliigante ĝian reziston kaj fermante la kuirilaron.La bateriostrukturo povas tiel esti protektita sen damaĝo.Dum malvarmigo, la polimero ŝrumpas kaj reakiras la originajn konduktajn vojojn.(B) Rezismaj ŝanĝoj de malsamaj TRPS-filmoj kiel funkcio de temperaturo, inkluzive de PE/GrNi kun malsamaj GrNi-ŝarĝoj kaj PP/GrNi kun 30% (v/v) ŝarĝo de GrNi.(C) Kapacita resumo de la sekura baterio LiCoO2 biciklanta inter 25 °C kaj malŝalto.La preskaŭ nula kapacito je 70 °C indikas plenan ĉesigon.(A), (B) kaj (C) estas reproduktitaj kun permeso de Springer Nature.(D) Skema reprezentado de mikrosfer-bazita haltkoncepto por LIBoj.Elektrodoj estas funkciigitaj kun termorespondemaj mikrosferoj kiuj, super kritika interna bateriotemperaturo, spertas termikan transiron (fandado).La fanditaj kapsuloj kovras la elektrodsurfacon, formante jone izolan barieron kaj fermante la baterioĉelon.(E) Maldika kaj memstaranta neorganika kunmetaĵa membrano kunmetita de 94% aluminaj partikloj kaj 6% stiren-butadiena kaŭĉuko (SBR) ligilo estis preparita per solvigita metodo.Dekstre: Fotoj montrantaj la termikan stabilecon de la neorganika kunmetita apartigilo kaj la PE apartigilo.La apartigiloj estis tenitaj je 130 °C dum 40 min.La PE signife ŝrumpis de la areo kun la punktita kvadrato.Tamen, la kunmetita apartigilo ne montris evidentan ŝrumpadon.Reproduktite kun permeso de Elsevier.(F) Molekula strukturo de iuj alt-fandantaj temperaturpolimeroj kiel apartigmaterialoj kun malalta alt-temperatura ŝrumpado.Supre: poliimido (PI).Mezo: celulozo.Fundo: poli(butilena) tereftalato.(G) Maldekstre: Komparo de la DSC-spektroj de la PI kun la PE kaj PP apartigilo;la PI-apartilo montras bonegan termikan stabilecon ĉe la temperaturo de 30° ĝis 275°C.Dekstre: Ciferecaj fotilaj fotoj komparantaj la malsekecon de komerca apartigilo kaj la kiel-sintezita PI-apartilo kun propilenkarbonata elektrolito.Reproduktite kun permeso de la American Chemical Society.
Termikaj malŝaltaj apartigiloj.Alia strategio por malhelpi bateriojn de termika forkuriĝo dum etapo 2 estas fermi la konduktan vojon de Li-jonoj tra la apartigilo.Apartigiloj estas ŝlosilaj komponentoj por la sekureco de LIBoj, ĉar ili malhelpas rektan elektran kontakton inter la alt-energiaj katodo kaj anodmaterialoj permesante jonan transporton.PP kaj PE estas la plej ofte uzitaj materialoj, sed ili havas malbonan termikan stabilecon, kun frostopunktoj de ~165° kaj ~135°C, respektive.Por komerca LIB, apartigiloj kun PP/PE/PP-tritavola strukturo jam estis komercigitaj, kie PE estas protekta meza tavolo.Kiam la interna temperaturo de la baterio pliiĝas super kritika temperaturo (~130 °C), la pora PE-tavolo parte degelas, fermante la filmporojn kaj malhelpante migradon de jonoj en la likva elektrolito, dum la PP-tavolo provizas mekanikan subtenon por eviti internan. fuŝkontakto .Alternative, termike induktita ĉesigo de LIB ankaŭ povas esti atingita uzante termorespondemajn PE aŭ parafinvaksajn mikrosferojn kiel la protektan tavolon de la baterianodoj aŭ apartigiloj.Kiam la interna bateriotemperaturo atingas kritikan valoron, la mikrosferoj fandas kaj kovras la anodon/apartigilon per nepenetrebla baro, ĉesigante Li-jonan transporton kaj fermante la ĉelon konstante (Fig. 5D).
Apartigiloj kun alta termika stabileco.Por plibonigi la termikan stabilecon de bateripartigiloj, du aliroj estis evoluigitaj dum la pasintaj pluraj jaroj:
(1) Ceramikaj plibonigitaj apartigiloj, fabrikitaj aŭ per rekta tegaĵo aŭ sursurfaca kresko de ceramikaj tavoloj kiel ekzemple SiO2 kaj Al2O3 sur ekzistantaj poliolefinaj apartigsurfacoj aŭ per ceramikaj pulvoroj enigitaj en la polimeraj materialoj (Figuro 5E), montras tre altajn frostopunktojn kaj altan mekanikan forton kaj ankaŭ havas relative altan termikan konduktivecon.Kelkaj kunmetitaj apartigiloj fabrikitaj tra tiu strategio estis komercigitaj, kiel ekzemple Separion (fabrikmarko).
(2) Ŝanĝi la apartigmaterialojn de poliolefinaj al alt-fandaj temperaturaj polimeroj kun malalta ŝrumpado post varmigado, kiel ekzemple poliimido, celulozo, poli(butilena) tereftalato kaj aliaj analogaj poliesteroj, estas alia efika strategio por plibonigi la termikan stabilecon. de apartigiloj (Figuro 5F).Ekzemple, poliimido estas termofiksiga polimero vaste rigardita kiel promesplena alternativo pro sia bonega termika stabileco (stabila super 400 °C), bona kemia rezisto, alta tirstreĉo-rezisto, bona elektrolita malsekebleco, kaj flamrezisto (Fig. 5G).
Bateriopakaĵoj kun malvarmiga funkcio.Aparato-skalaj termikaj administradsistemoj ebligitaj per cirkulado de aero aŭ likva malvarmigo estis uzataj por plibonigi baterian rendimenton kaj malrapidigi temperaturpliiĝojn.Krome, fazŝanĝaj materialoj kiel ekzemple parafina vakso estis integritaj en bateripakaĵojn por funkcii kiel varmolavujo por reguligi ilian temperaturon, tial evitante temperaturmisuzon.
Solvi la problemojn en la etapo 3 (brulado kaj eksplodo)
Varmo, oksigeno kaj brulaĵo, konata kiel la "fajra triangulo", estas la necesaj ingrediencoj por plej multaj fajroj.Kun la amasiĝo de varmo kaj oksigeno generitaj dum la etapoj 1 kaj 2, la brulaĵo (t.e., tre brulemaj elektrolitoj) aŭtomate komencos bruli.Redukti la flamiĝemon de la elektrolitsolviloj estas esenca por bateria sekureco kaj pliaj grandskalaj aplikoj de LIBoj.
Aldonaĵoj kontraŭflamaj.Grandaj esplorklopodoj estis dediĉitaj al la evoluo de flamrezistaj aldonaĵoj por malaltigi la flamiĝemon de likvaj elektrolitoj.La plej multaj el la flamrezistaj aldonaĵoj uzitaj en likvaj elektrolitoj baziĝas sur organikaj fosforaj komponaĵoj aŭ organikaj halogenitaj komponaĵoj.Ĉar halogenoj estas danĝeraj por la medio kaj homa sano, la organikaj fosforaj komponaĵoj estas pli promesplenaj kandidatoj kiel kontraŭflamaj aldonaĵoj pro sia alta flamo-malhelpa kapablo kaj media amikeco.Tipaj organikaj fosforaj komponaĵoj inkluzivas trimetilfosfaton, trifenilfosfaton, bis(2-metoksietoksi)metilalilfosfonaton, tris(2,2,2-trifluoretil)fosfiton, (etoksi)pentafluorociclotrifosfazenon, etilen etilfosfaton, ktp.Figuro 6A).La mekanismo por la kontraŭflamaj efikoj de tiuj fosfor-entenantaj kunmetaĵoj ĝenerale supozeble estas kemia radikal-kavada procezo.Dum bruligado, la fosfor-enhavantaj molekuloj povas putriĝi al fosfor-enhavantaj liberradikalaj specioj, kiuj tiam povas fini la radikalojn (ekzemple, H kaj OH-radikaloj) generitajn dum ĉenreakcia disvastigo kiuj respondecas pri kontinua brulado (Fig. 6, B kaj C).Bedaŭrinde, la redukto de flamiĝemo kun la aldono de ĉi tiuj fosfor-enhavantaj flamo retardantoj venas koste de elektrokemia agado.Por plibonigi ĉi tiun kompromison, aliaj esploristoj faris kelkajn modifojn al sia molekula strukturo: (i) parta fluorinado de la alkilfosfatoj povas plibonigi ilian reduktivan stabilecon kaj ilian flamrezistan efikecon;(ii) la uzo de kunmetaĵoj havantaj kaj protektajn filmformajn kaj kontraŭflamajn trajtojn, kiel ekzemple bis(2-metoksietoksi)metilalilfosfonato, kie la alilaj grupoj povas polimerigi kaj formi stabilan SEI-filmon sur grafitaj surfacoj, tiel efike malhelpante danĝeran flankon. reagoj;(iii) ŝanĝo de P(V) fosfato al P(III) fosfitoj, kiuj faciligas SEI-formadon kaj kapablas malaktivigi danĝeran PF5 [ekzemple, tris(2,2,2-trifluoretil) fosfito];kaj (iv) anstataŭigi organofosforajn aldonaĵojn kun ciklaj fosfazenoj, precipe fluorina ciclofosfazeno, kiuj plibonigis elektrokemian kongruecon.
Fig. 6 Strategioj por solvi la problemojn en la etapo 3.
(A) Tipaj molekulaj strukturoj de flamo-rezistantaj aldonaĵoj.(B) La mekanismo por la flamo-malfruaj efikoj de ĉi tiuj fosforaj enhavantaj komponaĵoj ĝenerale supozeble estas kemia radikala kadavra procezo, kiu povas ĉesigi la radikalajn ĉenajn reagojn respondecajn por la brulreago en la gasfazo.TPP, trifenilfosfato.(C) La mem-estinga tempo (SET) de la tipa karbonata elektrolito povas esti signife reduktita kun la aldono de trifenilfosfato.(D) Skemo de la "inteligenta" elektroŝpinita apartigilo kun termikaj ekigitaj kontraŭflamaj trajtoj por LIBoj.La liberstaranta apartigilo estas kunmetita de mikrofibroj kun kern-ŝela strukturo, kie la flamrezistilo estas la kerno kaj la polimero estas la ŝelo.Sur termika ekfunkciigo, la polimerŝelo degelas kaj tiam la enkapsuligita flamrezistilo estas liberigita en la elektroliton, tiel efike subpremante la ekbruligo kaj bruligado de la elektrolitoj.(E) SEM-bildo de la mikrofibroj TPP@PVDF-HFP post akvaforto klare montras ilian kernŝelan strukturon.Skalstango, 5 μm.(F) Tipaj molekulaj strukturoj de ĉambra temperaturo jona likvaĵo uzata kiel neflamemaj elektrolitoj por LIBoj.(G) La molekula strukturo de PFPE, neflamebla perfluorina PEO-analogo.Du metilkarbonatgrupoj estas modifitaj sur la terminaloj de polimerĉenoj por certigi la kongruecon de la molekuloj kun nunaj bateriosistemoj.
Oni devas rimarki, ke ĉiam ekzistas kompromiso inter la reduktita flamiĝemo de la elektrolito kaj ĉela agado por la listigitaj aldonaĵoj, kvankam ĉi tiu kompromiso estis plibonigita per la ĉi-supraj molekulaj dezajnoj.Alia proponita strategio por solvi tiun problemon implikas enkorpigi la kontraŭflamon ene de la protekta polimerŝelo de mikrofibroj, kiuj estas plue stakigitaj por formi neteksitan apartigilon (Fig. 6D).Nova elektroŝpinita neteksita mikrofibra apartigilo kun termikaj ekigitaj kontraŭflamaj trajtoj estis fabrikita por LIBoj.La enkapsuliĝo de la kontraŭflamo ene de la protekta polimera ŝelo malhelpas rektan eksponiĝon de la kontraŭflamo al la elektrolito, malhelpante negativajn efikojn de la retardantoj sur la elektrokemia agado de la baterio (Fig. 6E).Tamen, se termika forkuriĝo de la LIB-baterio okazas, la poli(vinilidenfluorido-heksafluoropropileno) kopolimero (PVDF-HFP) ŝelo degelas kiam la temperaturo pliiĝas.Tiam la enkapsuligita trifenilfosfata flamo retardilo estos liberigita en la elektroliton, tiel efike subpremante la bruligadon de la tre brulemaj elektrolitoj.
"Sal-koncentrita elektrolito-" koncepto ankaŭ estis evoluigita por solvi tiun dilemon.Ĉi tiuj fajroestingantaj organikaj elektrolitoj por reŝargeblaj kuirilaroj enhavas LiN(SO2F)2 kiel la salo kaj popularan flamrezistanton de trimetilfosfato (TMP) kiel la sola solvilo.La spontanea formado de fortika sal-deriva neorganika SEI sur la anodo estas decida por stabila elektrokemia efikeco.Tiu nova strategio povas esti etendita al diversaj aliaj kontraŭflamoj kaj povas malfermi novan vojon por evoluigado de novaj kontraŭflamaj solviloj por pli sekuraj LIBoj.
Neflamemaj likvaj elektrolitoj.Finfina solvo al la sekurecproblemoj de la elektrolito estus evoluigi interne neflamemajn elektrolitojn.Unu grupo de neflameblaj elektrolitoj, kiu estis amplekse studita, estas jonaj likvaĵoj, precipe ĉambra temperaturo jonaj likvaĵoj, kiuj estas nevolatilaj (neniu konstatebla vaporpremo sub 200 °C) kaj neflamemaj kaj havas larĝan temperaturfenestron (Fig. 6F).Tamen, kontinua esplorado daŭre estas postulata por solvi la problemojn de malalta indico kapablo ekestiĝanta de ilia alta viskozeco, malalta Li-transfernombro, katoda aŭ reduktiva malstabileco, kaj la alta kosto de jonaj likvaĵoj.
Malalt-molekulaj pezoj hidrofluoroeteroj estas alia klaso de nebrulemaj likvaj elektrolitoj pro sia alta aŭ neniu flampunkto, neflameblo, malalta surfaca tensio, malalta viskozeco, malalta frosta temperaturo, ktp.Taŭga molekula dezajno devus esti farita por adapti iliajn kemiajn trajtojn por renkonti la kriteriojn de baterioelektrolitoj.Interesa ekzemplo kiu estis lastatempe raportita estas perfluoropolietero (PFPE), perfluora polietilenoksido (PEO) analogaĵo kiu estas konata pro sia neflameblo (Fig. 6G).Du metilkarbonatgrupoj estas modifitaj sur la finaj grupoj de PFPE-ĉenoj (PFPE-DMC) por certigi la kongruon de la molekuloj kun nunaj bateriosistemoj.Tiel, la neflameblo kaj termika stabileco de PFPEoj povas plibonigi la sekurecon de LIBoj signife pliigante la elektrolittransigan nombron pro la unika molekula strukturo dezajno.
Ŝtupo 3 estas la fina sed precipe decida stadio por la termika forkurinta procezo.Oni devas rimarki, ke kvankam grandaj klopodoj estis dediĉitaj al reduktado de la flamiĝemo de la pintnivela likva elektrolito, la uzo de solidsubstancaj elektrolitoj nevolatilaj montras grandan promeson.Solidaj elektrolitoj plejparte falas en du kategoriojn: neorganikaj ceramikaj elektrolitoj [sulfidoj, oksidoj, nitruroj, fosfatoj, ktp.] kaj solidaj polimerelektrolitoj [miksaĵoj de Li-saloj kun polimeroj, kiel poli(etilenoksido), poliakrilonitrilo, ktp.] .Klopodoj por plibonigi solidajn elektrolitojn ne estos detalaj ĉi tie, ĉar ĉi tiu temo jam estis bone resumita en pluraj lastatempaj recenzoj.
PERVIVO
En la pasinteco, multaj novaj materialoj estis evoluigitaj por plibonigi baterian sekurecon, kvankam la problemo ankoraŭ ne estis tute solvita.Krome, la mekanismoj subestaj sekurecproblemoj varias por ĉiu malsama bateria kemio.Tiel, specifaj materialoj adaptitaj por malsamaj baterioj devus esti dezajnitaj.Ni kredas, ke pli efikaj metodoj kaj bone desegnitaj materialoj restas por esti malkovritaj.Ĉi tie, ni listigas plurajn eblajn direktojn por estonta bateria sekureca esploro.
Unue, estas grave evoluigi surloke aŭ en operando-metodojn por detekti kaj monitori la internajn sankondiĉojn de LIBoj.Ekzemple, la termika forkurinta procezo estas proksime rilatita al la interna temperaturo aŭ premopliiĝo ene de LIBoj.Tamen, la temperaturdistribuo ene de baterioj estas sufiĉe kompleksa, kaj necesas metodoj por precize kontroli la valorojn por elektrolitoj kaj elektrodoj, same kiel apartigiloj.Tiel, povi mezuri ĉi tiujn parametrojn por malsamaj komponentoj estas kritika por diagnozi kaj tiel malhelpi bateriajn sekurecdanĝerojn.
La varmostabileco de apartigiloj estas decida por bateria sekureco.La lastatempe evoluintaj polimeroj kun altaj frostopunktoj efikas por pliigi la termikan integrecon de la apartigilo.Tamen, iliaj mekanikaj propraĵoj estas ankoraŭ malsuperaj, multe reduktante ilian proceseblecon dum kuirilaro.Krome, prezo ankaŭ estas grava faktoro, kiu devus esti konsiderata por praktikaj aplikoj.
La evoluo de solidaj elektrolitoj ŝajnas esti la finfina solvo por la sekurecproblemoj de LIBoj.La solida elektrolito multe reduktos la eblecon de interna mallongigo de kuirilaro, kune kun la risko de fajroj kaj eksplodoj.Kvankam grandaj klopodoj estis dediĉitaj al la akcelo de solidaj elektrolitoj, ilia efikeco daŭre postrestis multe malantaŭ tiu de likvaj elektrolitoj.Kunmetaĵoj de neorganikaj kaj polimeraj elektrolitoj montras grandan potencialon, sed ili postulas delikatan dezajnon kaj preparon.Ni emfazas, ke taŭga dezajno de la neorganikaj polimeraj interfacoj kaj inĝenieristiko de ilia vicigo estas decidaj por efika Li-jona transporto.
Oni devas rimarki, ke la likva elektrolito ne estas la sola kuirilaro, kiu estas bruligebla.Ekzemple, kiam LIBoj estas tre ŝargitaj, la bruligeblaj litiitaj anodmaterialoj (ekzemple, litiita grafito) ankaŭ estas granda sekureczorgo.Flamignigantoj kiuj povas efike bremsi fajrojn de solidsubstancaj materialoj estas tre postulataj por pliigi sian sekurecon.La kontraŭflamoj povas esti miksitaj kun la grafito en la formo de polimeraj ligiloj aŭ konduktaj kadroj.
Bateria sekureco estas sufiĉe kompleksa kaj kompleksa problemo.La estonteco de bateria sekureco postulas pli da klopodoj en fundamentaj mekanikismaj studoj por pli profunda kompreno krom pli altnivelaj karakterizaj metodoj, kiuj povas oferti pliajn informojn por gvidi materialajn dezajnojn.Kvankam ĉi tiu Revizio fokusiĝas al material-nivela sekureco, oni devas rimarki, ke holisma aliro estas plue necesa por solvi la sekurecan problemon de LIBoj, kie materialoj, ĉelaj komponantoj kaj formato, kaj bateriomodulo kaj pakaĵoj ludas egalajn rolojn por igi kuirilarojn fidindaj antaŭe. ili estas liberigitaj al la merkato.
REFERENCOJ KAJ NOTOJ
Kai Liu, Yayuan Liu, DingchangLin, Allen Pei, Yi Cui, Materialoj por litio-jona bateriosekureco, ScienceAdvances, DOI:10.1126/sciadv.aas9820
Afiŝtempo: Jun-05-2021
