Abstraktus
Ličio jonų baterijos (LIB) laikomos viena iš svarbiausių energijos kaupimo technologijų.Didėjant akumuliatorių energijos tankiui, baterijų sauga tampa dar svarbesnė, jei energija išsiskiria netyčia.Nelaimingi atsitikimai, susiję su gaisrais ir LIB sprogimais, įvyksta dažnai visame pasaulyje.Kai kurie iš jų sukėlė rimtą grėsmę žmonių gyvybei ir sveikatai, todėl gamintojai daug kartų atšaukė gaminius.Šie incidentai primena, kad saugumas yra būtina akumuliatorių sąlyga, o prieš pradedant naudoti daug energijos naudojančias akumuliatorių sistemas, reikia išspręsti rimtas problemas.Šios apžvalgos tikslas – apibendrinti LIB saugos problemų ištakų pagrindus ir pabrėžti naujausią esminę pažangą kuriant medžiagas, siekiant pagerinti LIB saugą.Tikimės, kad ši apžvalga paskatins toliau gerinti baterijų saugą, ypač besiformuojančios didelio energijos tankio LIB.
LIB SAUGOS KLAUSIMŲ KILMĖ
Organinis skystas elektrolitas LIB viduje yra degus.Vienas iš katastrofiškiausių LIB sistemos gedimų yra kaskadinis terminis bėgimas, kuris laikomas pagrindine akumuliatoriaus saugos priežastimi.Paprastai terminis pabėgimas įvyksta, kai egzoterminė reakcija tampa nekontroliuojama.Kai akumuliatoriaus temperatūra pakyla iki virš ~80°C, egzoterminės cheminės reakcijos greitis baterijų viduje didėja ir toliau įkaista elementą, todėl susidaro teigiamas grįžtamojo ryšio ciklas.Dėl nuolat kylančios temperatūros gali kilti gaisrai ir sprogimai, ypač naudojant didelius akumuliatorių blokus.Todėl, suprasdami terminio pabėgimo priežastis ir procesus, galima vadovautis kuriant funkcines medžiagas, siekiant pagerinti LIB saugą ir patikimumą.Terminis bėgimo procesas gali būti suskirstytas į tris etapus, kaip apibendrinta1 pav.
1 pav. Trys terminio pabėgimo proceso etapai.
1 etapas: perkaitimo pradžia.Baterijos keičiasi iš normalios į nenormalią būseną, o vidinė temperatūra pradeda kilti.2 etapas: šilumos kaupimosi ir dujų išleidimo procesas.Vidinė temperatūra greitai pakyla, o akumuliatoriuje vyksta egzoterminės reakcijos.3 etapas: Degimas ir sprogimas.Degusis elektrolitas dega, todėl gali kilti gaisrai ir net sprogimai.
Perkaitimo pradžia (1 etapas)
Terminis pabėgimas prasideda nuo akumuliatoriaus sistemos perkaitimo.Pradinis perkaitimas gali įvykti dėl akumuliatoriaus įkrovimo viršijant suprojektuotą įtampą (perkrovimas), veikiant per aukštai temperatūrai, dėl išorinių trumpųjų jungimų dėl netinkamų laidų arba vidinių trumpųjų jungimų dėl elementų defektų.Tarp jų vidinis trumpasis jungimas yra pagrindinė terminio nutekėjimo priežastis ir yra gana sunkiai valdomas.Vidinis trumpasis jungimas gali įvykti, kai ląstelė sutraiškyta, pvz., prasiskverbiant į išorinę metalo nuolaužą;transporto priemonės susidūrimas;ličio dendrito susidarymas įkraunant didelio srovės tankio, perkrovimo sąlygomis arba žemoje temperatūroje;ir defektų separatoriai, sukurti baterijos surinkimo metu.Pavyzdžiui, 2013 m. spalio pradžioje „Tesla“ automobilis netoli Sietlo atsitrenkė į metalo nuolaužas, kurios pramušė skydą ir akumuliatorių.Šiukšlės prasiskverbė į polimerų separatorius ir tiesiogiai sujungė katodą ir anodą, todėl akumuliatoriuje įvyko trumpasis jungimas ir užsiliepsnojo;2016 m. „Samsung Note 7“ akumuliatoriaus gaisras kilo dėl itin plono separatoriaus, kurį lengvai sugadino išorinis slėgis arba teigiamo elektrodo suvirinimo įbrėžimai, dėl kurių įvyko trumpasis akumuliatoriaus jungimas.
1 etape akumuliatoriaus veikimas pasikeičia iš normalios į neįprastą būseną, o dėl visų aukščiau išvardytų problemų akumuliatorius perkais.Kai vidinė temperatūra pradeda kilti, baigiasi 1 etapas ir prasideda 2 etapas.
Šilumos kaupimo ir dujų išsiskyrimo procesas (2 etapas)
Prasidėjus 2 etapui, vidinė temperatūra greitai pakyla, o akumuliatoriuje vyksta šios reakcijos (šios reakcijos nevyksta tiksliai nurodyta tvarka; kai kurios iš jų gali vykti vienu metu):
(1) Kietojo elektrolito tarpfazinis (SEI) skilimas dėl perkaitimo arba fizinio įsiskverbimo.SEI sluoksnis daugiausia susideda iš stabilių (tokių kaip LiF ir Li2CO3) ir metastabilių [tokių kaip polimerai, ROCO2Li, (CH2OCO2Li)2 ir ROLi] komponentai.Tačiau metastabilūs komponentai gali egzotermiškai suirti maždaug > 90 °C temperatūroje, išskirdami degias dujas ir deguonį.Paimkite (CH2OCO2Li)2 kaip pavyzdį
(CH2OCO2Li)2→Li2CO3+C2H4+CO2+0,5O2
(2) Skystant SEI, pakyla temperatūra, o anode esantis ličio metalas arba interkaluotas litis reaguos su elektrolite esančiais organiniais tirpikliais, išskirdamas degias angliavandenilių dujas (etaną, metaną ir kt.).Tai egzoterminė reakcija, kuri dar labiau padidina temperatūrą.
(3) KadaT> ~130°C, ima tirpti polietileno (PE)/polipropileno (PP) separatorius, kas dar labiau pablogina situaciją ir sukelia trumpąjį jungimą tarp katodo ir anodo.
(4) Galiausiai šiluma sukelia ličio metalo oksido katodo medžiagos skilimą ir dėl to išsiskiria deguonis.Kaip pavyzdį paimkite LiCoO2, kuris gali suirti nuo ~180°C taip
Katodo skilimas taip pat yra labai egzoterminis, toliau didinant temperatūrą ir slėgį ir dėl to dar labiau pagreitinantis reakcijas.
2 etape temperatūra pakyla ir baterijų viduje kaupiasi deguonis.Terminis pabėgimo procesas tęsiasi iš 2 etapo į 3 etapą, kai tik sukaupia pakankamai deguonies ir šilumos akumuliatoriui degti.
Degimas ir sprogimas (3 etapas)
3 etape prasideda degimas.LIB elektrolitai yra organiniai, kurie yra beveik universalūs ciklinių ir linijinių alkilkarbonatų deriniai.Jie turi didelį nepastovumą ir yra labai degūs.Pavyzdžiui, plačiai naudojamas karbonatinis elektrolitas [etileno karbonato (EC) + dimetilkarbonato (DMC) mišinys (1:1 pagal svorį)], jo garų slėgis kambario temperatūroje yra 4,8 kPa, o pliūpsnio temperatūra yra ypač žema. 25° ± 1°C esant 1,013 baro oro slėgiui.2 etape išsiskiriantis deguonis ir šiluma sudaro reikiamas sąlygas degiems organiniams elektrolitams degti, todėl kyla gaisro ar sprogimo pavojus.
2 ir 3 etapuose egzoterminės reakcijos vyksta beveik adiabatinėmis sąlygomis.Taigi, pagreitinto greičio kalorimetrija (ARC) yra plačiai naudojamas metodas, imituojantis aplinką LIB viduje, o tai palengvina mūsų supratimą apie šiluminės reakcijos kinetiką.2 pavrodo tipinę LIB ARC kreivę, užfiksuotą atliekant terminio piktnaudžiavimo bandymus.Imituojant temperatūros padidėjimą 2 etape, išorinis šilumos šaltinis padidina akumuliatoriaus temperatūrą iki pradinės temperatūros.Virš šios temperatūros SEI suyra, o tai sukels daugiau egzoterminių cheminių reakcijų.Galų gale separatorius išsilydys.Po to savaiminio įkaitimo greitis padidės, o tai sukels terminį nutekėjimą (kai savaiminio įkaitimo greitis >10°C/min.) ir elektrolito degimą (3 etapas).
Anodas yra mezokarboninis mikrogranulių grafitas.Katodas yra LiNi0,8Co0,05Al0,05O2.Elektrolitas yra 1,2 M LiPF6 EC/PC/DMC.Buvo naudojamas Celgard 2325 trisluoksnis separatorius.Pritaikyta gavus Electrochemical Society Inc. leidimą.
Reikėtų pažymėti, kad aukščiau pavaizduotos reakcijos nevyksta viena po kitos nurodyta tvarka.Tai greičiau sudėtingi ir sistemingi klausimai.
MEDŽIAGOS SU PAGERINTA AKUMULIATORIŲ SAUGA
Remiantis supratimu apie akumuliatoriaus šiluminį pabėgimą, tiriama daug metodų, kuriais siekiama sumažinti pavojų saugai racionaliai projektuojant akumuliatoriaus komponentus.Tolesniuose skyriuose apibendriname skirtingus medžiagų būdus, kaip pagerinti akumuliatoriaus saugą, sprendžiame problemas, susijusias su skirtingais terminio pabėgimo etapais.
Išspręsti problemas 1 etape (perkaitimo pradžia)
Patikimos anodo medžiagos.Li dendrito susidarymas ant LIB anodo inicijuoja pirmąjį terminio pabėgimo etapą.Nors ši problema buvo sumažinta komercinių LIB anoduose (pavyzdžiui, anglies anoduose), Li dendrito susidarymas nebuvo visiškai slopinamas.Pavyzdžiui, komerciniuose LIB, dendrito nusodinimas dažniausiai vyksta grafito elektrodų kraštuose, jei anodai ir katodai nėra gerai suporuoti .Be to, netinkamos LIB veikimo sąlygos taip pat gali sukelti Li metalo nusėdimą ir dendrito augimą.Gerai žinoma, kad dendritą galima lengvai susidaryti, jei baterija įkraunama (i) esant dideliam srovės tankiui, kai Li metalo nusėdimas yra greitesnis nei Li jonų difuzija masiniame grafite;ii) perkrovimo sąlygomis, kai grafitas yra perlituotas;ir (iii) esant žemai temperatūrai [pavyzdžiui, aplinkos temperatūrai (~0°C)] dėl padidėjusio skysto elektrolito klampumo ir padidėjusio ličio jonų difuzijos pasipriešinimo.
Medžiagų savybių požiūriu šaknies kilmė, lemianti Li dendrito augimo ant anodo pradžią, yra nestabili ir nevienoda SEI, dėl kurios atsiranda netolygus vietinis srovės pasiskirstymas .Siekiant pagerinti SEI vienodumą ir pašalinti Li dendrito susidarymą, buvo ištirti elektrolitų komponentai, ypač priedai.Tipiški priedai yra neorganiniai junginiai [pavyzdžiui, CO2, LiI ir kt.] ir organiniai junginiai, turintys nesočiųjų anglies jungčių, tokie kaip vinileno karbonatas ir maleimido priedai;nestabilios ciklinės molekulės, tokios kaip butirolaktonas, etileno sulfitas ir jų dariniai;ir fluorinti junginiai, tokie kaip fluoretileno karbonatas, be kita ko.Net ir milijonų dalių lygiu šios molekulės vis tiek gali pagerinti SEI morfologiją, taip suvienodindamos ličio jonų srautą ir pašalindamos Li dendrito susidarymo galimybę.
Apskritai, Li dendrito iššūkiai vis dar egzistuoja grafito ar anglies anoduose ir silicio / SiO turinčiuose naujos kartos anoduose.Li dendrito augimo problemos sprendimas yra iššūkis, kuris yra labai svarbus norint artimiausioje ateityje pritaikyti didelio energijos tankio ličio jonų chemikalus.Reikėtų pažymėti, kad pastaruoju metu buvo dedama daug pastangų sprendžiant Li dendrito susidarymo gryno Li metalo anoduose problemą homogenizuojant Li jonų srautą Li nusodinimo metu;pavyzdžiui, apsauginio sluoksnio danga, dirbtinė SEI inžinerija ir tt Šiuo aspektu kai kurie metodai galbūt galėtų atskleisti, kaip spręsti anglies turinčių anodų problemą LIB.
Daugiafunkciniai skysčių elektrolitai ir separatoriai.Skystas elektrolitas ir separatorius atlieka pagrindinius vaidmenis fiziškai atskiriant didelės energijos katodą ir anodą.Taigi, gerai suprojektuoti daugiafunkciniai elektrolitai ir separatoriai gali žymiai apsaugoti baterijas ankstyvoje baterijos terminio nutekėjimo stadijoje (1 etapas).
Siekiant apsaugoti baterijas nuo mechaninio gniuždymo, į karbonatinį elektrolitą (1 M LiFP6 EC/DMC) buvo gautas šlyties tirštinimo skystas elektrolitas.Esant mechaniniam slėgiui arba smūgiui, skystis pasižymi šlyties sutirštėjimu ir padidina klampumą, todėl išsklaido smūgio energiją ir demonstruoja toleranciją gniuždymui (3A pav)
3 pav. 1 etapo problemų sprendimo strategijos.
(A) Šlyties tirštinimo elektrolitas.Viršuje: esant normaliam elektrolitui, mechaninis poveikis gali sukelti akumuliatoriaus vidinį trumpąjį jungimą, dėl kurio gali kilti gaisras ir sprogimas.Apačia: naujas išmanusis elektrolitas su šlyties tirštinimo efektu veikiant slėgiui ar smūgiui puikiai toleruoja gniuždymą, o tai gali žymiai pagerinti mechaninę baterijų saugą.(B) Bifunkciniai separatoriai, skirti anksti aptikti ličio dendritus.Dendrito susidarymas tradicinėje ličio baterijoje, kai visiškas ličio dendrito įsiskverbimas į separatorių aptinkamas tik tada, kai baterija sugenda dėl vidinio trumpojo jungimo.Palyginimui, ličio baterija su bifunkciniu separatoriumi (sudarytu iš laidžio sluoksnio, įterpto tarp dviejų įprastų separatorių), kai peraugęs ličio dendritas prasiskverbia į separatorių ir susiliečia su laidžiu vario sluoksniu, todėl sumažėjaVCu−Li, kuris yra įspėjimas apie gresiantį gedimą dėl vidinio trumpojo jungimo.Tačiau pilna baterija išlieka saugiai veikianti ir nėra nulinio potencialo.(A) ir (B) yra pritaikyti arba atkurti gavus Springer Nature leidimą.(C) Trijų sluoksnių separatorius, skirtas sunaudoti pavojingus Li dendritus ir prailginti baterijos veikimo laiką.Kairėje: ličio anodai gali lengvai suformuoti dendritines nuosėdas, kurios gali palaipsniui didėti ir prasiskverbti į inertinį polimero separatorių.Kai dendritai pagaliau sujungia katodą ir anodą, akumuliatorius trumpai jungiamas ir sugenda.Dešinėje: silicio nanodalelių sluoksnis buvo uždengtas dviem komercinių polimerų separatorių sluoksniais.Todėl, kai ličio dendritai auga ir prasiskverbia į separatorių, jie susisieks su silicio dioksido nanodalelėmis, esančiomis sumuštiniame sluoksnyje, ir bus sunaudoti elektrochemiškai.(D) Silicio dioksido nanodalelių sumuštinio separatoriaus nuskaitymo elektronų mikroskopijos (SEM) vaizdas.(E) Tipinis Li / Li akumuliatoriaus įtampos ir laiko profilis su įprastu separatoriumi (raudona kreivė) ir silicio nanodalelių sumuštiniu trisluoksniu separatoriumi (juoda kreivė), išbandytas tomis pačiomis sąlygomis.(C), (D) ir (E) atkuriami leidus John Wiley and Sons.(F) Redokso šaudyklų priedų mechanizmų schema.Ant perkrauto katodo paviršiaus redokso priedas oksiduojamas iki formos [O], kuri vėliau būtų redukuota į pradinę būseną [R] anodo paviršiuje difuzijos būdu per elektrolitą.Elektrocheminis oksidacijos-difuzijos-redukcijos-difuzijos ciklas gali būti palaikomas neribotą laiką, todėl katodo potencialas blokuojamas nuo pavojingo perkrovimo.(G) Tipinės redokso šaudyklų priedų cheminės struktūros.(H) Išjungimo perkrovimo priedų, kurie gali elektrochemiškai polimerizuotis esant dideliam potencialui, mechanizmas.(I) Tipinės išjungimo perkrovos priedų cheminės struktūros.Priedų darbiniai potencialai išvardyti prie kiekvienos molekulinės struktūros (G), (H) ir (I).
Separatoriai gali elektroniniu būdu izoliuoti katodą ir anodą ir atlikti svarbų vaidmenį stebint akumuliatoriaus sveikatos būklę vietoje, kad būtų išvengta tolesnio gedimo po 1 etapo. Pavyzdžiui, „bifunkcinis separatorius“ su polimero-metalo-polimero trisluoksnio konfigūracija (3B pav) gali suteikti naują įtampos jutimo funkciją.Kai dendritas išauga ir pasiekia tarpinį sluoksnį, jis sujungs metalinį sluoksnį ir anodą taip, kad staigus įtampos kritimas tarp jų būtų nedelsiant aptiktas kaip išėjimas.
Be aptikimo, trisluoksnis separatorius buvo sukurtas taip, kad sunaudotų pavojingus Li dendritus ir sulėtintų jų augimą prasiskverbus per separatorių.Silicio dioksido nanodalelių sluoksnis, padengtas dviem komercinių poliolefino separatorių sluoksniais (3 pav, C ir D), gali sunaudoti bet kokius prasiskverbiančius pavojingus Li dendritus ir taip efektyviai pagerinti akumuliatoriaus saugumą.Apsaugotos baterijos tarnavimo laikas žymiai pailgėjo maždaug penkis kartus, palyginti su įprastų separatorių (3E pav).
Apsauga nuo perkrovimo.Perkrovimas apibrėžiamas kaip akumuliatoriaus įkrovimas viršijant numatytąją įtampą.Perkrovimą gali sukelti didelis specifinis srovės tankis, agresyvūs įkrovimo profiliai ir pan., dėl kurių gali kilti daugybė problemų, įskaitant i) Li metalo nusėdimą ant anodo, kuris labai paveikia akumuliatoriaus elektrochemines savybes ir saugą;ii) katodo medžiagos skilimas, išsiskiriantis deguoniui;ir (iii) organinio elektrolito skilimas, išsiskiriantis šiluma ir dujiniai produktai (H2, angliavandeniliai, CO ir kt.), kurie yra atsakingi už terminį nutekėjimą.Skilimo metu vykstančios elektrocheminės reakcijos yra sudėtingos, kai kurios iš jų išvardytos žemiau.
Žvaigždutė (*) reiškia, kad vandenilio dujos kyla iš protonų, paliekant grupes, susidarančias oksiduojant karbonatus prie katodo, kurios vėliau pasklinda į anodą, kuris turi būti redukuojamas ir generuoja H2.
Apsaugos nuo perkrovos priedai, atsižvelgiant į jų funkcijų skirtumus, gali būti klasifikuojami kaip redox šaudyklų priedai ir išjungimo priedai.Pirmasis apsaugo elementą nuo perkrovimo grįžtamai, o antrasis visam laikui nutraukia elemento veikimą.
Redox šaudyklų priedai veikia elektrochemiškai manevruodami perteklinį įkrovą, įpuršktą į akumuliatorių, kai įvyksta perkrovimas.Kaip parodyta3F pav, mechanizmas pagrįstas redokso priedu, kurio oksidacijos potencialas yra šiek tiek mažesnis nei elektrolito anodinio skilimo.Ant perkrauto katodo paviršiaus redokso priedas oksiduojamas iki formos [O], kuri vėliau po difuzijos per elektrolitą anodo paviršiuje būtų redukuota į pradinę būseną [R].Vėliau redukuotas priedas gali difunduoti atgal į katodą, o elektrocheminis ciklas „oksidacija-difuzija-redukcija-difuzija“ gali būti palaikomas neribotą laiką, todėl katodo potencialas blokuojamas nuo tolesnio pavojingo perkrovimo.Tyrimai parodė, kad priedų redokso potencialas turėtų būti 0,3–0,4 V didesnis už katodo potencialą.
Sukurta daugybė priedų, turinčių gerai pritaikytą cheminę struktūrą ir redokso potencialą, įskaitant organinius metalocenus, fenotiazinus, trifenilaminus, dimetoksibenzenus ir jų darinius bei 2-(pentafluorfenil)-tetrafluor-1,3,2-benzodioksaborolį (3G pav).Pritaikius molekulines struktūras, priedų oksidacijos potencialai gali būti sureguliuoti iki 4 V, o tai tinka sparčiai besivystančioms aukštos įtampos katodinėms medžiagoms ir elektrolitams.Pagrindinis projektavimo principas apima didžiausios užimtos priedo molekulinės orbitos sumažinimą, pridedant elektronus ištraukiančių pakaitalų, todėl padidėja oksidacijos potencialas.Be organinių priedų, kai kurios neorganinės druskos, kurios ne tik gali veikti kaip elektrolito druska, bet ir kaip redokso nešiklis, pavyzdžiui, perfluoroborano klasterio druskos [ty ličio fluorododekaboratai (Li2B12F)xH12−x)], taip pat buvo veiksmingi redokso šaudyklų priedai .
Išjungimo perkrovimo priedai yra negrįžtamų apsaugos nuo perkrovimo priedų klasė.Jie veikia arba išskirdami dujas esant dideliam potencialui, o tai savo ruožtu įjungia srovės pertraukiklį, arba nuolat elektrochemiškai polimerizuojasi esant dideliam potencialui, kad nutrauktų baterijos veikimą prieš įvykstant katastrofiniams rezultatams.3H pav).Pirmųjų pavyzdžiai yra ksilenas, cikloheksilbenzenas ir bifenilas, o antrųjų pavyzdžiai apima bifenilą ir kitus pakeistus aromatinius junginius (3I pav).Neigiamas išjungimo priedų poveikis vis dar yra ilgalaikis LIB veikimas ir saugojimas dėl negrįžtamos šių junginių oksidacijos.
Išspręsti 2 etapo problemas (šilumos kaupimo ir dujų išsiskyrimo procesas)
Patikimos katodinės medžiagos.Ličio pereinamojo metalo oksidai, tokie kaip sluoksniuotieji oksidai LiCoO2, LiNiO2 ir LiMnO2;špinelio tipo oksidas LiM2O4;ir polianiono tipas LiFePO4, yra populiariai naudojamos katodinės medžiagos, tačiau jos turi saugumo problemų, ypač esant aukštai temperatūrai.Tarp jų palyginti saugus yra olivininės struktūros LiFePO4, kuris yra stabilus iki 400°C, o LiCoO2 pradeda irti 250°C temperatūroje.Padidėjusio LiFePO4 saugumo priežastis yra ta, kad visi deguonies jonai sudaro stiprius kovalentinius ryšius su P5+ ir sudaro PO43− tetraedrinius polianijonus, kurie stabilizuoja visą trimatį karkasą ir užtikrina geresnį stabilumą, palyginti su kitomis katodinėmis medžiagomis, nors vis dar yra. buvo pranešta apie kai kurias akumuliatoriaus gaisro avarijas.Didžiausias saugumo susirūpinimas kyla dėl šių katodinių medžiagų skilimo aukštesnėje temperatūroje ir tuo pat metu išsiskiriančio deguonies, o tai kartu gali sukelti degimą ir sprogimą, o tai rimtai pakenktų akumuliatoriaus saugai.Pavyzdžiui, sluoksniuoto oksido LiNiO2 kristalinė struktūra yra nestabili, nes egzistuoja Ni2+, kurio joninis dydis panašus į Li+.Delituotas LixNiO2 (x< 1) linkęs virsti stabilesne špinelio tipo faze LiNi2O4 (spinelis) ir akmens druskos tipo NiO, kai deguonis išsiskiria į skystą elektrolitą maždaug 200°C temperatūroje, todėl elektrolitas užsidega.
Didelės pastangos buvo dedamos siekiant pagerinti šių katodinių medžiagų terminį stabilumą naudojant atominį legiravimą ir paviršiaus apsaugines dangas.
Atominis dopingas gali žymiai padidinti sluoksniuotų oksidų medžiagų terminį stabilumą dėl stabilizuotų kristalų struktūrų.LiNiO2 arba Li1.05Mn1.95O4 terminį stabilumą galima žymiai pagerinti iš dalies pakeičiant Ni arba Mn kitais metalo katijonais, tokiais kaip Co, Mn, Mg ir Al.Kalbant apie LiCoO2, įvedus legiravimo ir legiravimo elementus, tokius kaip Ni ir Mn, gali smarkiai padidėti skilimo pradžios temperatūra.Tgr., vengiant reakcijų su elektrolitu aukštoje temperatūroje.Tačiau katodo terminio stabilumo padidėjimas paprastai susijęs su specifinės talpos aukomis.Siekiant išspręsti šią problemą, buvo sukurta įkraunamų ličio baterijų koncentracijos gradiento katodo medžiaga, pagrįsta sluoksniuotu ličio nikelio kobalto mangano oksidu (4A pav).Šioje medžiagoje kiekviena dalelė turi centrinį tūrį, kuriame gausu Ni, ir išorinį sluoksnį, kuriame gausu Mn, o Ni koncentracija mažėja, o Mn ir Co koncentracija artėjant prie paviršiaus didėja (4B pav).Pirmasis užtikrina didelį pajėgumą, o antrasis pagerina šiluminį stabilumą.Įrodyta, kad ši nauja katodo medžiaga pagerina baterijų saugą nepakenkiant jų elektrocheminėms savybėms (4C pav).
4 pav. 2 etapo problemų sprendimo strategijos: Patikimi katodai.
(A) Scheminė teigiamo elektrodo dalelės diagrama su Ni turtinga šerdimi, apsupta koncentracijos gradiento išoriniu sluoksniu.Kiekviena dalelė turi centrinį Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2 tankį ir Mn turtingą išorinį sluoksnį [Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2], kurio Ni koncentracija mažėja ir Mn bei Co koncentracija didėja. artėjant prie paviršiaus.Pirmasis užtikrina didelį pajėgumą, o antrasis pagerina šiluminį stabilumą.Vidutinė sudėtis yra Li(Ni0,68Co0,18Mn0,18)O2.Dešinėje taip pat parodyta tipinės dalelės skenuojanti elektroninė mikrografija.(B) Galutinio ličio oksido Li(Ni0.64Co0.18Mn0.18)O2 rentgeno spindulių mikroanalizės rezultatai elektroniniu zondu.Laipsniški Ni, Mn ir Co koncentracijos pokyčiai tarpsluoksnyje yra akivaizdūs.Ni koncentracija mažėja, o Co ir Mn koncentracijos didėja link paviršiaus.(C) Diferencialinės skenuojančios kalorimetrijos (DSC) pėdsakai, rodantys šilumos srautą, atsirandantį elektrolitui reaguojant su koncentracijos gradiento medžiaga Li (Ni0,64Co0,18Mn0,18)O2, centrine medžiaga Li (Ni0,8Co0,1Mn0). 1)O2 ir Mn turtingas išorinis sluoksnis [Li(Ni0.46Co0.23Mn0.31)O2].Medžiagos buvo įkrautos iki 4,3 V. (A), (B) ir (C) atkuriamos gavus Springer Nature leidimą.(D) kairėje: AlPO4 nanodalelėmis padengto LiCoO2 perdavimo elektronų mikroskopijos (TEM) šviesaus lauko vaizdas;Energijos dispersinė rentgeno spektrometrija patvirtina Al ir P komponentus dangos sluoksnyje.Dešinėje: didelės raiškos TEM vaizdas, kuriame matomos AlPO4 nanodalelės (~3 nm skersmens) nanoskalės dangos sluoksnyje;rodyklės rodo sąsają tarp AlPO4 sluoksnio ir LiCoO2.(E) Kairėje: elemento, kuriame yra plikas LiCoO2 katodas, vaizdas po 12 V viršįtampio bandymo.Celė degė ir sprogo esant tokiai įtampai.Dešinėje: elemento, kuriame yra AlPO4 nanodalelėmis padengto LiCoO2, vaizdas po 12 V viršįtampio bandymo.(D) ir (E) atkuriami gavus John Wiley and Sons leidimą.
Kita šiluminio stabilumo gerinimo strategija yra katodo medžiagos padengimas plonu apsauginiu sluoksniu termiškai stabilių Li + laidžių junginių, kurie gali užkirsti kelią tiesioginiam katodo medžiagų kontaktui su elektrolitu ir taip sumažinti šalutines reakcijas bei šilumos susidarymą.Dangos gali būti neorganinės plėvelės [pavyzdžiui, ZnO, Al2O3, AlPO4, AlF3 ir kt.], kurios po litavimo gali laiduoti ličio jonus (4 pav, D ir E), arba organines plėveles, tokias kaip poli(dialildimetilamonio chloridas), apsaugines plėveles, sudarytas iš γ-butirolaktono priedų, ir daugiakomponentinius priedus (sudarytus iš vinileno karbonato, 1,3-propileno sulfito ir dimetilacetamido).
Dangos su teigiamu temperatūros koeficientu įvedimas taip pat veiksmingai padidina katodo saugumą.Pavyzdžiui, poli(3-deciltiofenu) padengti LiCoO2 katodai gali sustabdyti elektrochemines reakcijas ir šalutines reakcijas, kai temperatūra pakyla iki >80°C, nes laidus polimero sluoksnis gali greitai transformuotis į labai atsparią būseną.Savarankiškai išsišakojusių oligomerų dangos su labai išsišakojusia architektūra taip pat gali veikti kaip termiškai reaguojantis blokuojantis sluoksnis, išjungiantis bateriją iš katodo pusės.
Termiškai perjungiamas srovės kolektorius.Elektrocheminių reakcijų sustabdymas, kai 2 etape kyla akumuliatoriaus temperatūra, gali veiksmingai užkirsti kelią tolesniam temperatūros kilimui.Greitas ir grįžtamasis termoreaguojantis polimero perjungimas (TRPS) buvo įtrauktas į srovės kolektorių (5A pav).TRPS ploną plėvelę sudaro laidžios grafenu padengtos spygliuotos nanostruktūrinės nikelio (GrNi) dalelės, kaip laidus užpildas, ir PE matrica su dideliu šiluminio plėtimosi koeficientu (α ~ 10–4 K–1).Gaminamos polimerinės kompozitinės plėvelės pasižymi dideliu laidumu (σ) kambario temperatūroje, tačiau kai temperatūra artėja prie perjungimo temperatūros (Ts), laidumas sumažėja per 1 s nuo septynių iki aštuonių dydžių dėl polimero tūrio išsiplėtimo, kuris atskiria laidžias daleles ir nutraukia laidžius kelius (5B pav).Plėvelė akimirksniu tampa izoliuojančia ir taip nutraukia akumuliatoriaus veikimą (5C pav).Šis procesas yra labai grįžtamas ir gali veikti net po kelių perkaitimo įvykių, nepakenkiant veikimui.
5 pav. 2 etapo problemų sprendimo strategijos.
(A) TRPS srovės kolektoriaus šiluminio perjungimo mechanizmo schema.Seifiniame akumuliatoriuje yra vienas arba du srovės kolektoriai, padengti plonu TRPS sluoksniu.Jis normaliai veikia kambario temperatūroje.Tačiau esant aukštai temperatūrai ar didelei srovei, polimero matrica plečiasi, taip atskirdama laidžias daleles, o tai gali sumažinti jos laidumą, labai padidinti atsparumą ir išjungti akumuliatorių.Taigi akumuliatoriaus konstrukcija gali būti apsaugota nepažeidžiant.Atvėsęs polimeras susitraukia ir atgauna pirminius laidžius kelius.(B) Įvairių TRPS plėvelių varžos pokyčiai, priklausomai nuo temperatūros, įskaitant PE / GrNi su skirtingomis GrNi apkrovomis ir PP / GrNi su 30% (v / t) GrNi apkrova.(C) Saugaus LiCoO2 akumuliatoriaus veikimo tarp 25°C ir išjungimo talpos santrauka.Beveik nulinė talpa esant 70°C rodo visišką išjungimą.(A), (B) ir (C) yra atkuriami gavus Springer Nature leidimą.(D) Scheminis mikrosferos pagrindu veikiančios LIB išjungimo koncepcijos pavaizdavimas.Elektrodai funkcionalizuojami termoreaguojančiomis mikrosferomis, kurios, viršijant kritinę vidinę baterijos temperatūrą, patiria terminį perėjimą (lydymą).Išlydytos kapsulės padengia elektrodo paviršių, sudarydamos joniškai izoliuojančią barjerą ir išjungdamos akumuliatoriaus elementą.(E) Plona ir savaime stovinti neorganinė kompozicinė membrana, sudaryta iš 94% aliuminio oksido dalelių ir 6% stireno-butadieno gumos (SBR) rišiklio, buvo paruošta tirpalo liejimo metodu.Dešinėje: nuotraukos, kuriose parodytas neorganinio kompozito separatoriaus ir PE separatoriaus terminis stabilumas.Separatoriai buvo laikomi 130 ° C temperatūroje 40 minučių.PE žymiai sumažėjo nuo ploto su taškiniu kvadratu.Tačiau sudėtinis separatorius akivaizdaus susitraukimo neparodė.Atkurta gavus Elsevier leidimą.(F) Kai kurių aukštos lydymosi temperatūros polimerų, kaip separatorių, turinčių žemą susitraukimą aukštoje temperatūroje, molekulinė struktūra.Viršus: poliimidas (PI).Vidurys: celiuliozė.Apačia: poli(butileno) tereftalatas.(G) kairėje: PI DSC spektrų palyginimas su PE ir PP separatoriumi;PI separatorius pasižymi puikiu terminiu stabilumu temperatūrų diapazone nuo 30° iki 275°C.Dešinėje: skaitmeninio fotoaparato nuotraukos, kuriose lyginamas komercinio separatoriaus ir sintezuoto PI separatoriaus drėkinamumas su propileno karbonato elektrolitu.Atkurta gavus Amerikos chemijos draugijos leidimą.
Šiluminio išjungimo separatoriai.Kita strategija, kaip išvengti baterijų terminio išbėgimo 2 etape, yra uždaryti ličio jonų laidumo kelią per separatorių.Atskyrikliai yra pagrindiniai LIB saugos komponentai, nes jie neleidžia tiesioginiam elektriniam kontaktui tarp didelės energijos katodo ir anodo medžiagų, kartu leidžiant jonų transportavimą.PP ir PE yra dažniausiai naudojamos medžiagos, tačiau jų šiluminis stabilumas yra prastas, o lydymosi temperatūra yra atitinkamai ~165° ir ~135°C.Komerciniam LIB jau buvo parduoti separatoriai su PP/PE/PP trisluoksne struktūra, kur PE yra apsauginis vidurinis sluoksnis.Kai akumuliatoriaus vidinė temperatūra pakyla virš kritinės temperatūros (~130°C), akytas PE sluoksnis iš dalies išsilydo, uždarydamas plėvelės poras ir užkertant kelią jonų migracijai skystame elektrolite, o PP sluoksnis suteikia mechaninę atramą, kad būtų išvengta vidinio. trumpinimas .Be to, termiškai sukeltas LIB išjungimas taip pat gali būti pasiektas naudojant termoreaktyvias PE arba parafino vaško mikrosferas kaip apsauginį akumuliatoriaus anodų arba separatorių sluoksnį.Kai vidinė akumuliatoriaus temperatūra pasiekia kritinę vertę, mikrosferos išsilydo ir padengia anodą/separatorių nepralaidžiu barjeru, stabdo ličio jonų transportavimą ir visam laikui išjungia elementą (5D pav).
Didelio šiluminio stabilumo separatoriai.Siekiant pagerinti baterijų separatorių šiluminį stabilumą, per pastaruosius kelerius metus buvo sukurti du būdai:
(1) Keramika patobulinti separatoriai, pagaminti tiesiogiai padengiant arba ant paviršiaus auginant keraminius sluoksnius, tokius kaip SiO2 ir Al2O3 ant esamų poliolefino separatoriaus paviršių, arba į polimerines medžiagas įterpus keramikos miltelius (5E pav), pasižymi labai aukšta lydymosi temperatūra ir dideliu mechaniniu stiprumu, taip pat turi gana aukštą šilumos laidumą.Kai kurie sudėtiniai separatoriai, pagaminti taikant šią strategiją, buvo komercializuoti, pvz., Separion (prekės pavadinimas).
(2) Separatoriaus medžiagų keitimas iš poliolefino į aukštos lydymosi temperatūros polimerus, kurie kaitinant mažai susitraukia, pvz., poliimidas, celiuliozė, poli(butileno) tereftalatas ir kiti analogiški poli(esteriai), yra dar viena veiksminga šiluminio stabilumo gerinimo strategija. skyriklių (5F pav).Pavyzdžiui, poliimidas yra termoreaktingas polimeras, plačiai vertinamas kaip perspektyvi alternatyva dėl puikaus terminio stabilumo (stabilumo virš 400°C), gero cheminio atsparumo, didelio atsparumo tempimui, gero elektrolito drėkinimo ir antipireno.5G pav).
Baterijų paketai su aušinimo funkcija.Įrenginio mastelio šilumos valdymo sistemos, kurias įgalina oro cirkuliacija arba aušinimas skysčiu, buvo naudojamos siekiant pagerinti akumuliatoriaus veikimą ir sulėtinti temperatūros kilimą.Be to, į akumuliatorių blokus buvo integruotos fazes keičiančios medžiagos, pvz., parafino vaškas, kad veiktų kaip aušintuvas, reguliuojantis jų temperatūrą, todėl išvengiama piktnaudžiavimo temperatūra.
Išspręsti problemas 3 etape (degimas ir sprogimas)
Šiluma, deguonis ir kuras, žinomi kaip „ugnies trikampis“, yra būtini daugelio gaisrų ingredientai.1 ir 2 etapuose susikaupus šilumai ir deguoniui, kuras (tai yra labai degūs elektrolitai) pradės automatiškai degti.Elektrolitų tirpiklių degumo mažinimas yra gyvybiškai svarbus akumuliatoriaus saugai ir tolesniam didelio masto LIB naudojimui.
Ugnį slopinantys priedai.Didžiulės mokslinių tyrimų pastangos buvo skirtos ugniai atsparių priedų kūrimui, siekiant sumažinti skystų elektrolitų degumą.Dauguma skystuose elektrolituose naudojamų antipirenų priedų yra organinių fosforo junginių arba organinių halogenintų junginių pagrindu.Kadangi halogenai yra pavojingi aplinkai ir žmonių sveikatai, organiniai fosforo junginiai yra perspektyvesni kandidatai kaip antipirenai priedai dėl savo didelio antipireno savybių ir ekologiškumo.Tipiški organiniai fosforo junginiai yra trimetilfosfatas, trifenilfosfatas, bis(2-metoksietoksi)metilalilfosfonatas, tris(2,2,2-trifluoretil)fosfitas, (etoksi)pentafluorciklotrifosfazenas, etileno fosfatas ir kt.6A pav).Paprastai manoma, kad šių fosforo turinčių junginių liepsnos slopinimo mechanizmas yra cheminis radikalų šalinimo procesas.Degimo metu fosforo turinčios molekulės gali suskaidyti į fosforo turinčias laisvųjų radikalų rūšis, kurios gali nutraukti radikalus (pavyzdžiui, H ir OH radikalus), susidarančius vykstant grandininei reakcijai, atsakingiems už nuolatinį degimą (6 pav, B ir C).Deja, pridedant šių fosforo turinčių antipirenų degumas sumažėja elektrocheminių savybių sąskaita.Siekdami pagerinti šį kompromisą, kiti mokslininkai padarė tam tikrus jų molekulinės struktūros pakeitimus: (i) dalinis alkilfosfatų fluorinimas gali pagerinti jų redukcinį stabilumą ir jų antipireno efektyvumą;ii) junginių, turinčių apsauginę plėvelę ir liepsną stabdančių savybių, tokių kaip bis(2-metoksietoksi)metilalilfosfonatas, naudojimas, kai alilo grupės gali polimerizuotis ir sudaryti stabilią SEI plėvelę ant grafito paviršių, taip veiksmingai užkertant kelią pavojingai pusei. reakcijos;iii) P(V) fosfato pakeitimas P(III) fosfitais, kurie palengvina SEI susidarymą ir gali deaktyvuoti pavojingą PF5 [pavyzdžiui, tris(2,2,2-trifluoretil) fosfitą];ir (iv) organinių fosforo priedų pakeitimą cikliniais fosfazenais, ypač fluorintu ciklofosfazenu, kurie turi padidintą elektrocheminį suderinamumą.
6 pav. 3 etapo problemų sprendimo strategijos.
(A) Tipinės antipirenų priedų molekulinės struktūros.(B) Paprastai manoma, kad šių fosforo turinčių junginių liepsnos slopinimo mechanizmas yra cheminis radikalų šalinimo procesas, kuris gali nutraukti radikalų grandinines reakcijas, atsakingas už degimo reakciją dujų fazėje.TPP, trifenilfosfatas.(C) Įprasto karbonato elektrolito savaiminio užgesimo laikas (SET) gali būti žymiai sumažintas pridedant trifenilo fosfato.(D) „Išmaniojo“ elektrinio gręžimo separatoriaus su terminiu sužadinamomis antipireninėmis savybėmis LIB schema.Laisvai pastatomas separatorius sudarytas iš mikropluošto su šerdies ir apvalkalo struktūra, kur antipirenas yra šerdis, o polimeras yra apvalkalas.Termiškai paleidžiant, polimero apvalkalas išsilydo, o įdėtas antipirenas patenka į elektrolitą, taip veiksmingai slopindamas elektrolitų užsidegimą ir degimą.(E) TPP@PVDF-HFP mikropluošto SEM vaizdas po ėsdinimo aiškiai rodo jų šerdies ir apvalkalo struktūrą.Mastelio juosta, 5 μm.(F) Tipinės kambario temperatūros joninio skysčio molekulinės struktūros, naudojamos kaip nedegūs elektrolitai LIB.(G) PFPE, nedegaus perfluorinto PEO analogo, molekulinė struktūra.Polimerinių grandinių gnybtuose modifikuotos dvi metilkarbonato grupės, kad būtų užtikrintas molekulių suderinamumas su esamomis baterijų sistemomis.
Reikėtų pažymėti, kad visada yra kompromisas tarp sumažėjusio elektrolito degumo ir elementų veikimo, naudojant išvardytus priedus, nors šis kompromisas buvo patobulintas dėl aukščiau pateiktų molekulinių konstrukcijų.Kita siūloma šios problemos sprendimo strategija apima antipireno įterpimą į apsauginį polimerinį mikropluošto apvalkalą, kuris toliau sudedamas į neaustinį separatorių (6D pav).LIB buvo pagamintas naujas elektrinis neaustinis mikropluošto separatorius, turintis termiškai suveikiančių antipirenų savybių.Antipireno inkapsuliacija apsauginio polimero apvalkalo viduje apsaugo nuo tiesioginio antipireno poveikio elektrolitui, taip užkertant kelią neigiamam antipirenų poveikiui akumuliatoriaus elektrocheminiam veikimui (6E pav).Tačiau, jei LIB akumuliatorius nubėgs terminiu būdu, polivinilidenfluorido-heksafluorpropileno kopolimero (PVDF-HFP) apvalkalas išsilydys kylant temperatūrai.Tada inkapsuliuotas trifenilo fosfatas antipirenas bus išleistas į elektrolitą, taip veiksmingai slopindamas labai degių elektrolitų degimą.
Šiai dilemai išspręsti taip pat buvo sukurta „druskos koncentruoto elektrolito“ koncepcija.Šiuose gesinamuosiuose organiniuose įkraunamų baterijų elektrolituose yra LiN(SO2F)2 kaip druska ir populiarus trimetilfosfato (TMP) antipirenas kaip vienintelis tirpiklis.Spontaniškas tvirto druskos gauto neorganinio SEI susidarymas ant anodo yra labai svarbus stabiliam elektrocheminiam veikimui.Ši nauja strategija gali būti taikoma įvairiems kitiems antipirenams ir gali atverti naują kelią kuriant naujus antipirenus tirpiklius saugesniems LIB.
Nedegūs skysti elektrolitai.Galutinis elektrolito saugos problemų sprendimas būtų sukurti iš esmės nedegius elektrolitus.Viena nedegių elektrolitų grupė, kuri buvo plačiai ištirta, yra joniniai skysčiai, ypač kambario temperatūros joniniai skysčiai, kurie yra nelakūs (neaptinkamas garų slėgis žemiau 200 °C), nedegūs ir turi platų temperatūros langą (6F pav).Tačiau vis dar reikia nuolatinių tyrimų, kad būtų išspręstos mažos spartos galimybės, kylančios dėl jų didelio klampumo, mažo Li perdavimo skaičiaus, katodinio ar redukcinio nestabilumo ir didelės joninių skysčių kainos.
Mažos molekulinės masės hidrofluoroeteriai yra kita nedegių skystų elektrolitų klasė, nes jų pliūpsnio temperatūra yra aukšta arba jos nėra, nedegumas, mažas paviršiaus įtempis, mažas klampumas, žema užšalimo temperatūra ir kt.Turėtų būti sukurta tinkama molekulinė konstrukcija, kad jų cheminės savybės atitiktų akumuliatoriaus elektrolitų kriterijus.Įdomus pavyzdys, apie kurį neseniai buvo pranešta, yra perfluorpolieteris (PFPE), perfluorinto polietileno oksido (PEO) analogas, gerai žinomas dėl savo nedegumo.6G pav).Dvi metilkarbonato grupės yra modifikuotos PFPE grandinių (PFPE-DMC) galinėse grupėse, kad būtų užtikrintas molekulių suderinamumas su esamomis baterijų sistemomis.Taigi, PFPE nedegumas ir terminis stabilumas gali žymiai pagerinti LIB saugumą, kartu padidinant elektrolitų perdavimo skaičių dėl unikalaus molekulinės struktūros dizaino.
3 etapas yra paskutinis, bet ypač svarbus terminio pabėgimo proceso etapas.Pažymėtina, kad nors buvo dedamos didelės pastangos siekiant sumažinti pažangiausio skysto elektrolito degumą, kietojo kūno nelakių elektrolitų naudojimas yra daug žadantis.Kietieji elektrolitai daugiausia skirstomi į dvi kategorijas: neorganiniai keraminiai elektrolitai [sulfidai, oksidai, nitridai, fosfatai ir kt.] ir kietieji polimeriniai elektrolitai [Li druskų mišiniai su polimerais, tokiais kaip poli(etileno oksidas), poliakrilnitrilas ir kt.].Pastangos tobulinti kietuosius elektrolitus čia nebus išsamiai aprašytos, nes ši tema jau buvo gerai apibendrinta keliose naujausiose apžvalgose.
PERŽIŪRA
Anksčiau buvo sukurta daug naujų medžiagų, skirtų pagerinti akumuliatoriaus saugą, nors problema dar nėra iki galo išspręsta.Be to, mechanizmai, kuriais grindžiamos saugos problemos, skiriasi priklausomai nuo akumuliatoriaus cheminės sudėties.Taigi turėtų būti sukurtos konkrečios medžiagos, pritaikytos skirtingoms baterijoms.Manome, kad dar reikia atrasti efektyvesnius metodus ir gerai suprojektuotas medžiagas.Čia pateikiame keletą galimų būsimų akumuliatorių saugos tyrimų krypčių.
Pirma, svarbu sukurti in situ arba in operando metodus, leidžiančius aptikti ir stebėti LIB vidines sveikatos sąlygas.Pavyzdžiui, terminis bėgimo procesas yra glaudžiai susijęs su vidine temperatūra arba slėgio padidėjimu LIB.Tačiau temperatūros pasiskirstymas baterijų viduje yra gana sudėtingas, todėl reikalingi metodai tiksliai stebėti elektrolitų ir elektrodų bei separatorių vertes.Taigi, norint diagnozuoti ir taip išvengti akumuliatoriaus saugos pavojų, labai svarbu išmatuoti šiuos skirtingų komponentų parametrus.
Separatorių terminis stabilumas yra labai svarbus akumuliatoriaus saugai.Naujai sukurti polimerai, turintys aukštą lydymosi temperatūrą, efektyviai padidina separatoriaus šiluminį vientisumą.Tačiau jų mechaninės savybės vis dar yra prastesnės, todėl labai sumažėja jų apdirbamumas montuojant akumuliatorių.Be to, kaina taip pat yra svarbus veiksnys, į kurį reikėtų atsižvelgti praktiškai.
Atrodo, kad kietųjų elektrolitų kūrimas yra galutinis LIB saugos problemų sprendimas.Kietas elektrolitas labai sumažins akumuliatoriaus vidinio trumpojo jungimo tikimybę, taip pat gaisro ir sprogimo riziką.Nors buvo dedamos didelės pastangos kietiesiems elektrolitams tobulinti, jų veikimas ir toliau gerokai atsilieka nuo skystųjų elektrolitų.Neorganinių ir polimerinių elektrolitų kompozitai turi didelį potencialą, tačiau jiems reikia subtilaus dizaino ir paruošimo.Pabrėžiame, kad tinkamas neorganinių polimerų sąsajų projektavimas ir jų derinimo inžinerija yra labai svarbūs efektyviam ličio jonų transportavimui.
Reikėtų pažymėti, kad skystas elektrolitas nėra vienintelis degus akumuliatoriaus komponentas.Pavyzdžiui, kai LIB yra labai įkrauti, degiosios ličio anodo medžiagos (pavyzdžiui, lituotas grafitas) taip pat kelia didelį susirūpinimą dėl saugos.Antipirenai, kurie gali veiksmingai sulėtinti kietųjų medžiagų gaisrą, yra labai reikalingi, siekiant padidinti jų saugumą.Antipirenai gali būti maišomi su grafitu polimerinių rišiklių arba laidžių karkasų pavidalu.
Akumuliatoriaus sauga yra gana sudėtinga ir sudėtinga problema.Dėl baterijų saugos ateities reikia dėti daugiau pastangų atliekant pagrindinius mechaninius tyrimus, siekiant gilesnio supratimo, be pažangesnių apibūdinimo metodų, kurie gali pasiūlyti papildomos informacijos medžiagų projektavimui.Nors šioje apžvalgoje pagrindinis dėmesys skiriamas medžiagų saugai, reikėtų pažymėti, kad norint išspręsti LIB saugos problemą, toliau reikia holistinio požiūrio, kai medžiagos, elementų komponentai ir formatas bei akumuliatoriaus modulis ir paketai atlieka vienodus vaidmenis, kad baterijos būtų patikimos prieš. jie išleidžiami į rinką.
NUORODOS IR PASTABOS
Kai Liu, Yayuan Liu, DingchangLin, Allen Pei, Yi Cui, Ličio jonų akumuliatorių saugos medžiagos, ScienceAdvances, DOI:10.1126/sciadv.aas9820
Paskelbimo laikas: 2021-05-05
