Teibí
Meastar go bhfuil cadhnraí litiam-ian (LIBanna) ar cheann de na teicneolaíochtaí stórála fuinnimh is tábhachtaí.De réir mar a mhéadaíonn dlús fuinnimh na gcadhnraí, éiríonn sábháilteacht ceallraí níos tábhachtaí fós má scaoiltear an fuinneamh go neamhbheartaithe.Tarlaíonn tionóiscí a bhaineann le dóiteáin agus pléascanna LIBanna go minic ar fud an domhain.Bhí bagairtí tromchúiseacha ar shaol agus ar shláinte an duine mar thoradh ar roinnt acu agus is iomaí táirge a rinne na monaróirí a aisghairm dá bharr.Is meabhrúcháin iad na teagmhais seo go bhfuil sábháilteacht ina réamhriachtanas do chadhnraí, agus ní mór saincheisteanna tromchúiseacha a réiteach sula gcuirfear córais ceallraí ardfhuinnimh i bhfeidhm sa todhchaí.Tá sé mar aidhm ag an Athbhreithniú seo achoimre a dhéanamh ar bhunús na saincheisteanna sábháilteachta BLI agus aird a tharraingt ar an dul chun cinn tábhachtach a rinneadh le déanaí i ndearadh ábhar chun sábháilteacht LIB a fheabhsú.Táimid ag súil go spreagfaidh an tAthbhreithniú seo feabhsú breise ar shábháilteacht ceallraí, go háirithe do LIBanna atá ag teacht chun cinn a bhfuil dlús ardfhuinnimh acu.
BUNÚS SAINCHEISTEANNA SÁBHÁILTEACHTA LIB
Tá an leictrilít leacht orgánach taobh istigh de LIBs inadhainte go bunúsach.Is é ceann de na teipeanna is tubaistí a bhaineann le córas LIB ná an t-imeacht rithte teirmeach cascáideach, a mheastar gurb é an chúis is mó imní faoi shábháilteacht ceallraí .Go ginearálta, tarlaíonn rith teirmeach nuair a théann imoibriú eisiteirmeach ó smacht.De réir mar a ardaíonn teocht na ceallraí go dtí os cionn ~ 80 ° C, méadaíonn an ráta imoibrithe ceimiceach eisiteirmeach taobh istigh de na cadhnraí agus téitear suas an chill a thuilleadh, rud a fhágann go mbíonn timthriall aiseolais dearfach ann.D'fhéadfadh tinte agus pléascanna a bheith mar thoradh ar na teochtaí atá ag ardú go leanúnach, go háirithe i gcás pacáistí móra ceallraí.Dá bhrí sin, is féidir le tuiscint a fháil ar na cúiseanna agus na próisis a bhaineann le rúid theirmeach dearadh ábhar feidhme a threorú chun sábháilteacht agus iontaofacht LIBanna a fheabhsú.Is féidir an próiseas runaway teirmeach a roinnt ina thrí chéim, mar a achoimrítear iFíor 1.
Fíor 1 Trí chéim don phróiseas éalaithe teirmeach.
Céim 1: Tús an róthéamh.Athraíonn na cadhnraí ó ghnáth-staid go dtí staid neamhghnácha, agus tosaíonn an teocht inmheánach ag méadú.Céim 2: Próiseas carnadh teasa agus scaoileadh gáis.Ardaíonn an teocht inmheánach go tapa, agus téann an ceallraí faoi fhrithghníomhartha eisiteirmeacha.Céim 3: Dó agus pléascadh.Dócháin an leictrilít inadhainte, as a dtagann tinte agus fiú pléascanna.
Tús an róthéamh (céim 1)
Tosaíonn an rith teirmeach ó róthéamh an chórais ceallraí.Is féidir leis an róthéamh tosaigh tarlú mar thoradh ar an gceallraí a mhuirearú níos faide ná an voltas deartha (ró-mhuirearú), nochtadh do theocht iomarcach, gearrchiorcaid seachtracha mar gheall ar shreangú lochtach, nó gearrchiorcaid inmheánacha de bharr lochtanna cille.Ina measc, is é ciorrú inmheánach an phríomhchúis le rith teirmeach agus tá sé sách deacair a rialú.Is féidir le ciorrú inmheánach tarlú i gcúinsí de bhrú cille ar nós dul i bhfód smionagar miotail seachtrach;imbhualadh feithicle;foirmiú dendrite litiam faoi mhuirearú ard-dlúis reatha, faoi choinníollacha ró-mhuirearaithe nó ag teocht íseal;agus deighilteoirí lochtacha a cruthaíodh le linn cóimeála ceallraí, chun ach cúpla a ainmniú.Mar shampla, go luath i mí Dheireadh Fómhair 2013, bhuail carr Tesla in aice le Seattle smionagar miotail a tholladh an sciath agus an pacáiste ceallraí.Thráigh an smionagar na deighilteoirí polaiméire agus cheangail sé go díreach an catóide agus anóid, rud a fhágann go raibh an ceallraí gearrchiorcad agus go gcuirfí tine air;i 2016, bhí tinte ceallraí Samsung Note 7 mar gheall ar an deighilteoir ionsaitheach ultrathin a ndearnadh damáiste dó go héasca ag brú lasmuigh nó na burrs táthú ar an leictreoid dhearfach, rud a fhágann go raibh an ceallraí gearrchiorcad.
Le linn na céime 1, athraíonn oibríocht ceallraí ó ghnáth-staid go dtí staid neamhghnácha, agus cuirfidh na saincheisteanna go léir atá liostaithe thuas faoi deara go mbeidh an ceallraí róthéamh.Nuair a thosaíonn an teocht inmheánach a mhéadú, críochnaíonn céim 1 agus tosaíonn céim 2.
Próiseas carnadh teasa agus scaoileadh gáis (céim 2)
De réir mar a thosaíonn céim 2, ardaíonn an teocht inmheánach go tapa, agus téann an ceallraí faoi na frithghníomhartha seo a leanas (ní tharlaíonn na frithghníomhartha seo san ord beacht; d'fhéadfadh cuid acu tarlú ag an am céanna):
(1) dianscaoileadh idirphase leictrilít soladach (SEI) mar gheall ar róthéamh nó dul i bhfód fisiciúil.Is éard atá sa chiseal SEI go príomha ná comhpháirteanna cobhsaí (cosúil le LiF agus Li2CO3) agus metastable [cosúil le polaiméirí, ROCO2Li, (CH2OCO2Li)2, agus ROLi].Mar sin féin, is féidir leis na comhpháirteanna metastable dianscaoileadh go heisiteirmeach ag thart ar >90°C, ag scaoileadh gáis inadhainte agus ocsaigine.Tóg (CH2OCO2Li)2 mar shampla
(CH2OCO2Li)2→Li2CO3+C2H4+CO2+0.5O2
(2) Le dianscaoileadh SEI, tógann an teocht suas, agus imoibríonn an miotail litiam nó an litiam intercalated san anóid leis na tuaslagóirí orgánacha sa leictrilít, ag scaoileadh gáis hidreacarbóin inadhainte (eatán, meatán, agus daoine eile).Is imoibriú eisiteirmeach é seo a thiomáineann an teocht níos airde.
(3) CathainT> ~ 130 ° C, tosaíonn an deighilteoir poileitiléin (PE) / polapróipiléine (PP) ag leá, rud a théann níos measa ar an scéal agus a chuireann ciorcad gearr idir an catóide agus an anóid.
(4) Faoi dheireadh, bíonn teas ina chúis le dianscaoileadh ábhar catóide ocsaíd miotail litiam agus mar thoradh ar scaoileadh ocsaigine.Glac LiCoO2 mar shampla, is féidir a dhianscaoileadh ag tosú ag ~ 180 ° C mar seo a leanas
Tá miondealú na catóide thar a bheith eisiteirmeach freisin, ag méadú breise ar an teocht agus ar an mbrú agus, mar thoradh air sin, ag luasú tuilleadh imoibrithe.
Le linn céim 2, méadaíonn an teocht agus carnann ocsaigin taobh istigh de chadhnraí.Téann an próiseas éalaithe teirmeach ar aghaidh ó chéim 2 go céim 3 chomh luath agus a bhíonn dóthain ocsaigine agus teasa bailithe le haghaidh dócháin ceallraí.
Dó agus pléascadh (céim 3)
Ag céim 3, tosaíonn dócháin.Is orgánacha iad na leictreailítí de LIBanna, ar comhcheangail beagnach uilíoch iad de charbónáití ailcile timthriallacha agus líneacha.Tá luaineacht ard acu agus tá siad thar a bheith inadhainte go bunúsach.Ag glacadh leis an leictrilít carbónáit a úsáidtear go coitianta [an meascán de charbónáit eitiléine (EC) + carbónáit démheitil (DMC) (1:1 de réir meáchain)] mar shampla, taispeánann sé brú gaile de 4.8 kPa ag teocht an tseomra agus splancphointe thar a bheith íseal). de 25° ± 1°C ag brú aeir 1.013 bar .Soláthraíonn an ocsaigin agus an teas a scaoiltear i gcéim 2 na coinníollacha riachtanacha chun leictrilítí orgánacha inadhainte a dhó, rud a chruthaíonn guaiseacha dóiteáin nó pléasctha.
I gcéimeanna 2 agus 3, tarlaíonn na frithghníomhartha eisiteirmeacha faoi choinníollacha gar-aibiteacha.Mar sin, is teicníocht a úsáidtear go forleathan í calraiméadracht ráta luathaithe (ARC) a shamhlaíonn an comhshaol laistigh de na LIBanna, rud a éascaíonn ár dtuiscint ar chinéitic imoibrithe eite teirmeach.Fíor 2taispeánann sé cuar ARC tipiciúil de LIB a taifeadadh le linn na dtástálacha um mhí-úsáid theirmeach .Ag insamhladh na méaduithe teochta i gcéim 2, méadaíonn foinse teasa seachtrach an teocht ceallraí go dtí an teocht tosaigh.Os cionn na teochta seo, dianscaoileann an SEI, rud a spreagfaidh imoibrithe ceimiceacha eisiteirmeacha níos mó.Faoi dheireadh, leáfaidh an deighilteoir.Méadóidh an ráta féin-téimh ina dhiaidh sin, rud a fhágann go n-éalaíonn teirmeach (nuair is é an ráta féin-téimh> 10 ° C/nóim) agus dócháin leictrilít (céim 3).
Is é an anóid graifít mhiocróbónna méiseacarbóin.Is é an catóide LiNi0.8Co0.05Al0.05O2.Is é an leictrilít 1.2 M LiPF6 in EC/PC/DMC.Baineadh úsáid as deighilteoir tríchiseal Celgard 2325.Arna chur in oiriúint le cead ó Electrochemical Society Inc.
Ba chóir a thabhairt faoi deara nach dtarlaíonn na frithghníomhartha atá léirithe thuas go docht ceann i ndiaidh a chéile san ord tugtha.Is saincheisteanna casta agus córasacha iad, áfach.
ÁBHAR LE SÁBHÁILTEACHT FEABHSÚCHÁIN Battery
Bunaithe ar an tuiscint ar runaway teirmeach ceallraí, tá go leor cineálacha cur chuige á staidéar, d'fhonn guaiseacha sábháilteachta a laghdú trí dhearadh réasúnach comhpháirteanna ceallraí.Sna hailt ina dhiaidh sin, déanaimid achoimre ar chur chuige ábhair éagsúla chun sábháilteacht ceallraí a fheabhsú, ag réiteach fadhbanna a fhreagraíonn do chéimeanna éagsúla rith teirmeach.
Chun na fadhbanna i gcéim 1 a réiteach (tosú an róthéamh)
Ábhair anóid iontaofa.Cuireann foirmiú dendrite Li ar anóid LIB tús leis an gcéad chéim den rith teirmeach.Cé go bhfuil an tsaincheist seo maolaithe in anóidí LIBanna tráchtála (mar shampla, anóidí carbónúla), níor cuireadh bac iomlán ar fhoirmiú dendrite Li.Mar shampla, i LIBanna tráchtála, tarlaíonn deascadh dendrite go fabhrach ag imill leictreoidí graifíte mura bhfuil na anóidí agus na catóidí péireáilte go maith.Ina theannta sin, d'fhéadfadh go n-eascródh sil-leagan miotail Li le fás dendrite mar thoradh ar choinníollacha oibriúcháin míchuí na LIBanna.Tá a fhios go maith gur féidir dendrite a fhoirmiú go héasca má ghearrtar an ceallraí (i) ag ard-dlúis srutha nuair a bhíonn sil-leagan miotail Li níos tapúla ná idirleathadh ian Li sa graifít mórchóir;(ii) faoi choinníollacha ró-mhuirearaithe nuair a dhéantar ró-litiú ar graifít;agus (iii) ag teochtaí ísle [mar shampla, teocht chomhthimpeallach (~ 0 ° C)], mar gheall ar shlaodacht mhéadaithe an leictrilít leachta agus an fhriotaíocht idirleata Li-ian méadaithe .
Ó thaobh na n-airíonna ábhair, is é an bunús bunaidh a chinneann fás Li dendrite ar an anóid ná an SEI éagobhsaí agus neamhionanna, rud a fhágann go bhfuil dáileadh sruth áitiúil míchothrom ann.Rinneadh imscrúdú ar chomhpháirteanna electrolyte, go háirithe breiseáin, chun aonfhoirmeacht SEI a fheabhsú agus deireadh a chur le foirmiú Li dendrite.I measc na mbreiseán tipiciúla tá comhdhúile neamhorgánacha [mar shampla, CO2 , LiI , etc.] agus comhdhúile orgánacha ina bhfuil bannaí carbóin neamhsháithithe amhail carbónáit viniléineach agus breiseáin maleimide;móilíní timthriallacha éagobhsaí amhail butyrolactone , sulfite eitiléine , agus a gcuid díorthach;agus comhdhúile fluairínithe, mar shampla carbónáit fluoroethylene , i measc daoine eile.Fiú amháin ag leibhéal na gcodanna in aghaidh an mhilliúin, is féidir leis na móilíní seo deilbhíocht SEI a fheabhsú fós, rud a fhágann go ndéantar an flosc Li-ian a homogenú agus deireadh a chur leis an bhféidearthacht go gcruthófar dendrite Li.
Tríd is tríd, tá dúshláin Li dendrite fós i láthair in anóidí graifíte nó carbónúla agus sileacain/Sio ina bhfuil anóidí den chéad ghlúin eile.Is dúshlán é an cheist a bhaineann le fás Li dendrite a réiteach atá ríthábhachtach chun ceimicí Li-ian dlús ardfhuinnimh a oiriúnú go luath amach anseo.Ba chóir a thabhairt faoi deara, le déanaí, go bhfuil iarrachtaí suntasacha déanta le réiteach a fháil ar cheist fhoirmiú Li dendrite in anóidí miotail íon Li trí aonchineálú a dhéanamh ar an bhflosc Li-ian le linn sil-leagan Li;mar shampla, sciath ciseal cosanta , innealtóireacht saorga SEI , etc Sa ghné seo, d'fhéadfadh roinnt de na modhanna a chaillfidh b'fhéidir solas ar conas dul i ngleic leis an tsaincheist ar anóidí carbónúla i LIBs chomh maith.
Leictrilítí leachtacha ilfheidhmeacha agus deighilteoirí.Tá príomhróil ag an leictrilít leachtach agus an deighilteoir chun an catóid agus anóid ardfhuinnimh a scaradh go fisiciúil.Mar sin, is féidir le leictreailítí agus deighilteoirí ilfheidhmeacha dea-dheartha na cadhnraí a chosaint go mór ag céim luath an rithte teirmeach ceallraí (céim 1).
Chun cadhnraí a chosaint ó bhrú meicniúil, fuarthas leictrilít leacht ramhrú lomadh trí shilice múchtach a chur le leictrilít charbónáitithe (1 M LiFP6 in EC/DMC).Ar bhrú nó ar thionchar meicniúil, taispeánann an sreabhán éifeacht ramhrú lomadh le méadú ar shlaodacht, rud a scaipeann an fuinneamh tionchair agus a léiríonn lamháltas don bhrú (Fíor 3A)
Fíor 3 Straitéisí chun na saincheisteanna i gcéim 1 a réiteach.
(A) Leictrilít ramhrú lomadh.Barr: I gcás an leictrilít gnáth, is féidir ciorrú inmheánach ceallraí a bheith mar thoradh ar thionchar meicniúil, rud a fhágann dóiteáin agus pléascanna.Bun: Léiríonn an leictrilít chliste úr le héifeacht ramhrú lomadh faoi bhrú nó faoi thionchar caoinfhulaingt den scoth maidir le brú, rud a d'fhéadfadh feabhas mór a chur ar shábháilteacht mheicniúil na gcadhnraí.(B) Deighilteoirí défheidhmeacha chun dendrites litiam a bhrath go luath.Foirmiú dendrite i gceallraí litiam traidisiúnta, áit nach n-aimsítear treá iomlán an deighilteoir ag dendrite litiam ach amháin nuair a theipeann ar an gceallraí mar gheall ar chiorcad gearr inmheánach.I gcomparáid leis sin, ceallraí litiam le deighilteoir défheidhmeach (comhdhéanta de shraith seoltaí idir dhá dheighilteoir traidisiúnta), áit a dtéann an dendrite litiam atá rófhásta isteach sa deighilteoir agus go ndéanann sé teagmháil leis an gciseal seolta copair, rud a fhágann titim isteachVCu−Li, a fheidhmíonn mar rabhadh maidir le teip atá le teacht mar gheall ar chiorcad gearr inmheánach.Mar sin féin, tá an ceallraí iomlán fós ag feidhmiú go sábháilte le poitéinseal nonzero.Déantar (A) agus (B) a oiriúnú nó a atáirgeadh le cead ó Springer Nature.(C) Deighilteoir trilayer chun dendrites Li guaiseacha a ithe agus saol na ceallraí a leathnú.Ar Chlé: Is féidir le anóidí litiam taiscí dendritic a fhoirmiú go héasca, ar féidir leo fás níos mó de réir a chéile agus dul isteach sa deighilteoir támh polaiméire.Nuair a nascann na dendrites an catóide agus an anóid ar deireadh, tá an ceallraí gearrchiorcad agus teipeann air.Ar dheis: Rinne dhá shraith de dheighilteoirí polaiméire tráchtála sraith de nanacháithníní shilice a ghreanú.Dá bhrí sin, nuair a fhásann dendrites litiam agus a threáitear an deighilteoir, rachaidh siad i dteagmháil leis na nanacháithníní silica sa chiseal ceapaire agus déanfar iad a chaitheamh go leictriceimiceach.(D) Scanadh leictreon micreascópachta (SEM) íomhá den deighilteoir ceapaire nanacháithníní shilice.(E) Voltas tipiciúil in aghaidh próifíl ama de chadhnraí Li/Li a bhfuil gnáth deighilteoir (cuar dearg) ann agus an deighilteoir trilayer ceapaire nanacháithníní silica (cuar dubh) arna thástáil faoi na coinníollacha céanna.(C), (D), agus (E) atáirgeadh le cead ó John Wiley and Sons.(F) Léiriú scéimreach ar mheicníochtaí na mbreiseán tointeála redox.Ar dhromchla catóide ró-mhuirearaithe, ocsaídítear an breiseán redox go dtí an fhoirm [O], rud a laghdófaí ina dhiaidh sin ar ais go dtí a stát bunaidh [R] ar dhromchla an anóid trí idirleathadh tríd an leictrilít.Is féidir an timthriall leictriceimiceach de ocsaídiú-idirleathadh-laghdú-idirleathadh a choinneáil ar feadh tréimhse éiginnte agus mar sin an acmhainneacht catóide ó rómhuirearú guaiseach a ghlasáil.(G) Struchtúir cheimiceacha tipiciúla na mbreiseán tointeála redox.(H) Meicníocht na mbreiseán rómhuirir múchta is féidir a pholaiméiriú go leictreiceimiceach ag ardacmhainneacht.(I) Struchtúir cheimiceacha tipiciúla de na breiseáin overcharge múchadh.Tá féidearthachtaí oibre na mbreiseán liostaithe faoi gach struchtúr móilíneach in (G), (H), agus (I).
Is féidir le deighilteoirí an chatóid agus anóid a insliú go leictreonach agus tá ról tábhachtach acu maidir le monatóireacht a dhéanamh ar riocht sláinte ceallraí in situ chun meath breise a chosc ó chéim 1 anuas.Fíor 3B) in ann feidhm nua braite voltais a sholáthar.Nuair a fhásann dendrite amach agus a shroicheann sé an ciseal idirmheánach, nascfaidh sé an ciseal miotail agus an anóid ionas gur féidir titim tobann voltais eatarthu a bhrath láithreach mar aschur.
Seachas a bhrath, dearadh deighilteoir tríchiseal chun na dendrites guaiseacha Li a ithe agus a bhfás a mhoilliú tar éis dul isteach sa deighilteoir .Sraith de nanacháithníní shilice, idirscartha ag dhá shraith deighilteoirí polailéine tráchtála (Fíor 3, C agus D), aon dendrites Li guaiseacha treáite a ithe, agus mar sin feabhsaítear sábháilteacht na ceallraí go héifeachtach.Leathnaíodh saolré na ceallraí cosanta go suntasach thart ar cúig huaire i gcomparáid le saolré na ngnáthdheighilteoirí (Fíor 3E).
Cosaint ró-mhuirearú.Sainmhínítear rómhuirearú mar cheallraí a mhuirearú thar a voltas deartha.D'fhéadfadh ró-mhuirearú a bheith ina chúis le dlús ard sainiúil reatha, próifílí luchtaithe ionsaitheach, etc., a d'fhéadfadh sraith fadhbanna a chruthú, lena n-áirítear (i) miotail Li a thaisceadh ar an anóid, a chuireann isteach go mór ar fheidhmíocht agus sábháilteacht leictriceimiceach na ceallraí;(ii) dianscaoileadh an ábhair chatóide, a scaoileann ocsaigin;agus (iii) an leictrilít orgánach a dhianscaoileadh, ag scaoileadh teasa agus táirgí gásacha (H2, hidreacarbóin, CO, etc.), atá freagrach as rith teirmeach .Tá na frithghníomhartha leictriceimiceacha le linn an dianscaoilte casta, agus tá cuid acu liostaithe thíos.
Léiríonn an réiltín (*) go dtagann an gás hidrigine ón bprótacha, rud a fhágann grúpaí a ghintear le linn ocsaídiúcháin na gcarbónáití ag an gcatóid, a idirleata ansin chuig an anóid le laghdú agus gineann H2.
Ar bhonn na ndifríochtaí ina bhfeidhmeanna, is féidir na breiseáin cosanta overcharge a aicmiú mar bhreiseáin tointeála redox agus breiseáin múchadh.Cosnaíonn an chéad cheann an chill ó rómhuirearú go cúlaitheach, agus cuireann an dara ceann díobh deireadh le hoibriú cille go buan.
Feidhmíonn breiseáin tointeála Redox tríd an muirear breise a instealladh isteach sa cheallraí a shuntáil go leictriceimiceach nuair a tharlaíonn rómhuirear.Mar a léirítear iFíor 3F, tá an mheicníocht bunaithe ar bhreiseán redox a bhfuil acmhainneacht ocsaídiúcháin beagán níos ísle ná an dianscaoileadh anodic leictrilít.Ar dhromchla catóide ró-mhuirearaithe, ocsaídítear an breiseán redox go dtí an fhoirm [O], rud a laghdófaí ina dhiaidh sin ar ais go dtí a stát bunaidh [R] ar dhromchla an anóid tar éis idirleathadh tríd an leictrilít.Ina dhiaidh sin, is féidir leis an mbreiseán laghdaithe idirleathadh ar ais go dtí an chatóid, agus is féidir an timthriall leictriceimiceach "ocsaídiúcháin-idirleathadh-laghdú-idirleathadh" a choimeád ar bun ar feadh tréimhse éiginnte agus mar sin glas ar an acmhainneacht catóide ó rómhuirearú guaiseach breise.Tá sé léirithe ag staidéir gur chóir go mbeadh poitéinseal ocsaí na mbreiseán thart ar 0.3 go 0.4 V os cionn acmhainneacht an chatóid.
Forbraíodh sraith breiseán le struchtúir cheimiceacha dea-oiriúnaithe agus poitéinseal ocsdí, lena n-áirítear meiteacain orgániotalacha , feinitíasines , triphenylamines , dimethoxybenzenes agus a gcuid díorthach , agus 2-(pentafluorophenyl)-tetrafluoro-1,3,2-benzodioxaborole (Fíor 3G).Trí struchtúir mhóilíneacha a chur in oiriúint, is féidir na féidearthachtaí ocsaídiúcháin breiseán a choigeartú go dtí os cionn 4 V, atá oiriúnach d'ábhair chatóide ardvoltais agus leictrilítí atá ag forbairt go tapa.Is éard atá i gceist leis an mbunphrionsabal dearadh ná an fithiseán móilíneach áitithe is airde den bhreiseán a ísliú trí ionaid leictreon a tharraingt siar, rud a fhágann go dtiocfaidh méadú ar an gcumas ocsaídiúcháin.Chomh maith le breiseáin orgánacha, tá roinnt salainn neamhorgánacha, nach féidir ach feidhmiú mar an salann leictrilít ach freisin feidhmiú mar shuttle redox, mar salainn braisle perfluoroborane [is é sin, fluorododecaborates litiam (Li2B12F).xH12−x)], fuarthas amach freisin gur breiseáin tointeála redox éifeachtacha iad .
Is aicme de bhreiseáin chosanta overcharge do-aisiompaithe iad breiseáin overcharge múchadh.Feidhmíonn siad trí ghás a scaoileadh ag ardphoitéinseal, rud a ghníomhaíonn, ar a sheal, feiste idirbhriste srutha, nó trí pholaiméiriú go buan leictriceimiceach ag ardacmhainneacht chun oibriú na ceallraí a fhoirceannadh sula dtarlaíonn torthaí tubaisteach (Fíor 3H).I measc samplaí de na samplaí tosaigh tá xiléin , cioglaiheicsilbéinséin , agus défheinile , agus i measc samplaí díobh sin tá défheinile agus comhdhúile aramatacha ionadacha eile (Fíor 3I).Tá na héifeachtaí diúltacha a bhaineann le breiseáin múchadh fós ar fheidhmíocht oibríochta agus stórála fadtéarmach na LIBanna mar gheall ar ocsaídiú do-aisiompaithe na gcomhdhúile seo.
Chun na fadhbanna a réiteach i gcéim 2 (próiseas carnadh teasa agus scaoileadh gáis)
Ábhair catóide iontaofa.Ocsaítí miotail aistrithe litiam, mar shampla ocsaídí cisealta LiCoO2, LiNiO2, agus LiMnO2;an ocsaíd spinel-cineál LiM2O4;agus an cineál polyanion LiFePO4, úsáidtear go coitianta ábhair chatóide, a bhfuil, áfach, saincheisteanna sábháilteachta go háirithe ag teochtaí arda.Ina measc, tá an LiFePO4 struchtúrtha olivine sách sábháilte, atá cobhsaí suas le 400 ° C, agus tosaíonn LiCoO2 a dhianscaoileadh ag 250 ° C.Is é an chúis atá leis an tsábháilteacht fheabhsaithe LiFePO4 ná go gcruthaíonn na hiain ocsaigine go léir naisc chomhfhiúsacha láidre le P5+ chun polyanions teitrihéadrach PO43 a fhoirmiú, a chobhsaíonn an creat tríthoiseach ar fad agus a sholáthraíonn cobhsaíocht fheabhsaithe i gcomparáid le hábhair chatóide eile, cé go bhfuil fós ann. Tuairiscíodh roinnt tionóiscí dóiteáin ceallraí .Eascraíonn an t-imní mór sábháilteachta as dianscaoileadh na n-ábhar catóide seo ag teochtaí ardaithe agus an scaoileadh ocsaigine comhuaineach, rud a d'fhéadfadh dócháin agus pléascanna a bheith mar thoradh ar dhóiteáin, rud a chuireann isteach go mór ar shábháilteacht na ceallraí.Mar shampla, tá struchtúr criostail an ocsaíd cisealta LiNiO2 éagobhsaí mar gheall ar Ni2+ a bheith ann, a bhfuil a mhéid ianach cosúil le Li+.An delithiated LixNiO2 (x< 1) claonadh a bhíonn le tiontú go dtí céim níos cobhsaí de chineál spinel LiNi2O4 (spinal) agus salann carraig-NiO de chineál, le ocsaigin a scaoileadh isteach leictrilít leachtach ag thart ar 200 ° C, as a dtiocfaidh dó leictrilít.
Tá iarrachtaí móra déanta chun cobhsaíocht theirmeach na n-ábhar catóide seo a fheabhsú trí dhópáil adamh agus bratuithe cosanta dromchla.
Is féidir le dópáil adamh cobhsaíocht theirmeach na n-ábhar ciseal ocsaíd a mhéadú go suntasach mar gheall ar na struchtúir criostail chobhsaithe a eascraíonn as.Is féidir cobhsaíocht theirmeach LiNiO2 nó Li1.05Mn1.95O4 a fheabhsú go mór trí Ni nó Mn a chur in ionad go páirteach le cations miotail eile, mar shampla Co, Mn, Mg, agus Al.I gcás LiCoO2, féadfaidh tabhairt isteach eilimintí dópála agus cóimhiotalaithe cosúil le Ni agus Mn an teocht tosaithe dianscaoilte a mhéadú go suntasach.TNollaig, agus frithghníomhartha leictrilít a sheachaint ag teochtaí arda.Mar sin féin, tagann méaduithe ar chobhsaíocht theirmeach catóide i gcoitinne le híobairtí i gcáil shonrach.Chun an fhadhb seo a réiteach, forbraíodh ábhar catóide grádán tiúchana do chadhnraí litiam in-athluchtaithe bunaithe ar ocsaíd mhangainéise cóbalt nicil litiam cisealaithe (Fíor 4A).San ábhar seo, tá mórchóir lárnach Ni-saibhir agus ciseal seachtrach Mn-saibhir ag gach cáithnín, le laghdú ar thiúchan Ni agus méadú ar thiúchan Mn agus Co de réir mar a bhíonn an dromchla ag druidim (Fíor 4B).Soláthraíonn an chéad cheann ardacmhainneacht, ach feabhsaíonn an dara ceann cobhsaíocht theirmeach.Taispeánadh an t-ábhar catóide nua seo chun sábháilteacht cadhnraí a fheabhsú gan cur isteach ar a bhfeidhmíocht leictriceimiceach (Fíor 4C).
Fíor 4 Straitéisí chun na saincheisteanna i gcéim 2 a réiteach: Catóidí iontaofa.
(A) Léaráid scéimreach de cháithnín leictreoid dhearfach le croí Ni-saibhir timpeallaithe ag ciseal seachtrach grádán tiúchana.Tá bulc lárnach Ni-saibhir Li (Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2 ag gach cáithnín agus ciseal seachtrach saibhir Mn [Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2] le tiúchan Ni ag laghdú agus ag méadú tiúchan Mn agus Co. mar go bhfuil an dromchla druidim.Soláthraíonn an chéad cheann cumas ard, ach feabhsaíonn an dara ceann cobhsaíocht theirmeach.Is é Li(Ni0.68Co0.18Mn0.18)O2 an meánchomhdhéanamh.Taispeántar freisin micreagraf leictreon scanadh de ghnáth-cháithnín ar dheis.(B) Torthaí micrea-anailís x-gha leictreon-lorg na hocsaíde lithiated deiridh Li(Ni0.64Co0.18Mn0.18)O2.Is léir na hathruithe tiúchana de réir a chéile de Ni, Mn, agus Co san idirchiseal.Laghdaíonn an tiúchan Ni, agus méadaíonn na tiúchain Co agus Mn i dtreo an dromchla.(C) Rianta calraiméadrachta scanadh difreálach (DSC) a thaispeánann sreabhadh teasa ó imoibriú an leictrilít le hábhar grádán tiúchana Li (Ni0.64Co0.18Mn0.18)O2, an t-ábhar lárnach Ni-saibhir Li(Ni0.8Co0.1Mn0. 1) O2, agus an ciseal seachtrach Mn-saibhir [Li(Ni0.46Co0.23Mn0.31)O2].Gearradh na hábhair go 4.3 V. (A), (B), agus (C) atáirgeadh le cead ó Springer Nature.(D) Ar chlé: leictreon-mhicreascópacht tarchurtha (TEM) íomhá réimse geal den LiCoO2 brataithe nana-cháithníní AlPO4;Deimhníonn speictriméadracht x-ghathaithe scaipthe fuinnimh na comhpháirteanna Al agus P sa chiseal brataithe.Ar dheis: Íomhá TEM ardtaifigh a thaispeánann na nana-cháithníní AlPO4 (~3 nm ar trastomhas) sa chiseal brataithe nanascála;léiríonn na saigheada an comhéadan idir an ciseal AlPO4 agus LiCoO2.(E) Ar chlé: Pictiúr de chill ina bhfuil catóide lom LiCoO2 tar éis na tástála ró-mhuirear 12-V.Dhó an chill agus phléasc sé ag an voltas sin.Ar dheis: Pictiúr de chill ina bhfuil an LiCoO2 atá brataithe le nanacháithníní AlPO4 tar éis na tástála rómhuirir 12-V.(D) agus (E) atáirgeadh le cead ó John Wiley and Sons.
Straitéis eile chun cobhsaíocht theirmeach a fheabhsú ná an t-ábhar catóide a chóta le sraith tanaí cosanta de chomhdhúile seoltacha Li + atá cobhsaí go teirmeach, rud a d'fhéadfadh teagmháil dhíreach na n-ábhar catóide leictrilít a chosc agus mar sin frithghníomhartha taobh agus giniúint teasa a laghdú.Is féidir leis na bratuithe a bheith ina scannáin neamhorgánacha [mar shampla, ZnO , Al2O3, AlPO4 , AlF3 , etc.], ar féidir leo hiain Li a sheoladh tar éis iad a lithiated (Fíor 4, D agus E), nó scannáin orgánacha, mar shampla polai(clóiríd diallyldimethylammonium), scannáin chosanta déanta ag breiseáin γ-butyrolactone , agus breiseáin il-chomhpháirteacha (ar a bhfuil carbónáit viniléin, sulfít 1,3-próipiléine, agus dimethylacetamide).
Tá sé éifeachtach freisin sciath a thabhairt isteach le comhéifeacht teochta dearfach chun sábháilteacht catóide a mhéadú.Mar shampla, is féidir le catóid LiCoO2 polai(3-deicilthiophene)-brataithe imoibrithe leictriceimiceach agus frithghníomhartha taobh a stoptar síos nuair a ardaíonn an teocht suas go dtí >80 ° C, mar is féidir leis an ciseal polaiméir seoltaí athrú go tapa chuig staid an-frithsheasmhach.Is féidir le bratuithe oligomers féin-deireadh le hailtireacht hyper-brainseach feidhmiú freisin mar chiseal blocála atá freagrach go teirmeach chun an ceallraí a dhúnadh ón taobh catóide.
Bailitheoir srutha inaistrithe go teirmeach.Is féidir le múchadh imoibrithe leictriceimiceach le linn méaduithe teochta ceallraí ag céim 2 an teocht a chosc ó mhéadú tuilleadh.Tá lascadh polaiméire teirmeach-fhreagrach tapa agus inchúlaithe (TRPS) ionchorpraithe go hinmheánach isteach sa bhailitheoir reatha (Fíor 5A).Tá an scannán tanaí TRPS comhdhéanta de cháithníní seoltacha nicil nanastruchtúir spiky (GrNi) atá brataithe le graphene mar an líontóir seoltaí agus maitrís PE le comhéifeacht fairsingithe teirmeach mór (α ~ 10−4 K−1).Léiríonn na scannáin ilchodacha polaiméire mar-dhéanta seoltacht ard (σ) ag teocht an tseomra, ach nuair a bhíonn an teocht ag druidim le teocht an lasc (Ts), laghdaítear an seoltacht laistigh de 1 s faoi sheacht go hocht n-ord méide mar thoradh ar leathnú toirte polaiméire, a scarann na cáithníní seoltacha agus a bhriseann na cosáin seoltacha (Fíor 5B).Éiríonn an scannán inslithe ar an toirt agus mar sin cuireann sé deireadh le hoibríocht na ceallraí (Fíor 5C).Tá an próiseas seo an-inchúlaithe agus féadann sé feidhmiú fiú tar éis go leor teagmhais róthéamh gan cur isteach ar an bhfeidhmíocht.
Fíor 5 Straitéisí chun na saincheisteanna i gcéim 2 a réiteach.
(A) Léaráid scéimreach de mheicníocht lasctha teirmeach an bhailitheora reatha TRPS.Tá bailitheoir reatha amháin nó dhó ag an gceallraí sábháilte atá brataithe le sraith tanaí TRPS.Feidhmíonn sé de ghnáth ag teocht an tseomra.Mar sin féin, i gcás teocht ard nó sruth mór, leathnaíonn an maitrís polaiméire, rud a scarann na cáithníní seoltaí, a fhéadfaidh a seoltacht a laghdú, a fhriotaíocht a mhéadú go mór agus an ceallraí a dhúnadh.Mar sin is féidir struchtúr na ceallraí a chosaint gan damáiste.Ar fhuarú, crapadh an polaiméir agus aisghabhann sé na bunbhealaí seoltacha.(B) Athruithe ar fhriotaíocht scannáin éagsúla TRPS mar fheidhm teochta, lena n-áirítear PE/GrNi le lódálacha GNi éagsúla agus PP/GrNi le lódáil 30% (v/v) de GrNi.(C) Achoimre ar chumas rothaíocht shábháilte ceallraí LiCoO2 idir 25°C agus múchadh.Léiríonn an toilleadh gar-nialas ag 70°C múchadh iomlán.(A), (B), agus (C) atáirgeadh le cead ó Springer Nature.(D) Léiriú scéimreach de choincheap múchadh bunaithe ar mhicrisféar le haghaidh LIBs.Feidhmítear leictreoidí le micreasféir teirmeasfhreagracha a théann faoi thrasdul teirmeach (leá) os cionn teocht ríthábhachtach inmheánach ceallraí.Cónaíonn na capsúil leáite an dromchla leictreoid, ag cruthú bacainn inslithe ianúil agus ag múchadh an chill ceallraí.(E) Ullmhaíodh membrane ilchodach neamhorgánach tanaí agus féin-sheasamh comhdhéanta de cháithníní alúmana 94% agus ceanglóra rubair styrene-bútaidhé-éin 6% (SBR) trí mhodh réitigh réitigh.Ar dheis: Grianghraif a thaispeánann cobhsaíocht theirmeach an deighilteoir ilchodach neamhorgánach agus an deighilteoir Corpoideachais.Coinníodh na deighilteoirí ag 130°C ar feadh 40 nóiméad.Chuaigh an PE go suntasach ón gceantar leis an gcearnóg poncaithe.Mar sin féin, níor léirigh an deighilteoir ilchodach crapadh soiléir.Atáirgeadh le cead ó Elsevier.(F) Struchtúr móilíneach roinnt polaiméirí teocht ard-leá mar ábhair deighilteoirí le crapadh íseal ardteochta.Barr: polyimide (PI).Meán: ceallalóis.Bun: polai(búitiléin) teitreaftaláit.(G) Ar chlé: Comparáid idir speictream DSC an PI leis an deighilteoir PE agus PP;Léiríonn an deighilteoir PI cobhsaíocht theirmeach den scoth ag an raon teochta ó 30 ° go 275 ° C.Ar dheis: Grianghraif ceamara digiteacha a dhéanann comparáid idir fhliuchtacht deighilteoir tráchtála agus an deighilteoir PI mar sintéisithe le leictreailít carbónáit próipiléine.Atáirgeadh le cead ón American Chemical Society.
Deighilteoirí múchadh teirmeach.Straitéis eile chun cadhnraí a chosc ó rith teirmeach le linn chéim 2 ná cosán seolta na n-ian Li a dhúnadh tríd an deighilteoir.Is príomhchodanna iad deighilteoirí do shábháilteacht LIBanna, toisc go gcuireann siad cosc ar theagmháil dhíreach leictreach idir na hábhair catóide agus anóid ardfhuinnimh agus iad ag ceadú iompar ianach.Is iad PP agus PE na hábhair is coitianta a úsáidtear, ach tá droch-chobhsaíocht theirmeach acu, le leáphointe ~ 165 ° agus ~ 135 ° C, faoi seach.Maidir le LIB tráchtála, tá tráchtálú déanta cheana féin ar dheighilteoirí a bhfuil struchtúr tríchiseal PP/PE/PP acu, áit ar lárchiseal cosanta é PE.Nuair a mhéadaíonn teocht inmheánach na ceallraí os cionn teocht chriticiúil (~ 130 ° C), leáigh an ciseal scagach PE go páirteach, dúnadh na pores scannáin agus cosc a chur ar imirce na n-ian sa leictrilít leachtach, agus soláthraíonn an ciseal PP tacaíocht mheicniúil chun inmheánach a sheachaint. ghiorrú .Mar mhalairt air sin, is féidir múchadh LIB a tharlódh go teirmeach a bhaint amach freisin trí úsáid a bhaint as micreasféar teirmeach-fhreagracha PE nó céir phairifín mar chiseal cosanta anóidí nó deighilteoirí ceallraí.Nuair a shroicheann an teocht inmheánach ceallraí luach ríthábhachtach, leá na microspheres agus cóta an anóid / deighilteoir le bacainn neamh-thréscaoilteach, a stopadh iompar Li-ian agus stoptar an chill síos go buan (Fíor 5d).
Deighilteoirí le cobhsaíocht teirmeach ard.Chun cobhsaíocht theirmeach deighilteoirí ceallraí a fheabhsú, forbraíodh dhá chur chuige le roinnt blianta anuas:
(1) Deighilteoirí ceirmeacha feabhsaithe, atá déanta trí bhratú díreach nó trí fhás ar dhromchla sraitheanna ceirmeacha amhail SiO2 agus Al2O3 ar dhromchlaí deighilteoirí polalaifín atá ann cheana nó trí phúdair cheirmeacha a bheith leabaithe sna hábhair pholaiméireacha (Fíor 5E), taispeáin pointí leá an-ard agus neart meicniúil ard agus tá seoltacht teirmeach sách ard acu freisin.Tá tráchtálú déanta ar roinnt deighilteoirí ilchodacha a rinneadh tríd an straitéis seo, mar Separion (trádainm).
(2) Is straitéis éifeachtach eile é na hábhair deighilteoirí a athrú ó pholailifín go polaiméirí teochta ard-leácha le crapadh íseal ar théamh, amhail polaimíd, ceallalós, teirephthalate polai(búitiléin), agus polai(eistir) analógacha eile chun cobhsaíocht theirmeach a fheabhsú. de dheighilteoirí (Fíor 5F).Mar shampla, is polaiméir thermosetting é polyimide a mheastar go forleathan mar rogha eile tuar dóchais inti mar gheall ar a chobhsaíocht theirmeach den scoth (cobhsaí os cionn 400 ° C), friotaíocht ceimiceach maith, neart teanntachta ard, fliuchtacht leictrilít mhaith, agus moilliú lasairFíor 5G).
Pacáistí ceallraí le feidhm fuaraithe.Baineadh úsáid as córais bhainistíochta teirmeacha ar scála feiste a chumasaíonn aer nó fuarú leachtach a scaipeadh chun feidhmíocht ceallraí a fheabhsú agus méaduithe teochta a mhoilliú.Ina theannta sin, tá ábhair athraithe céime cosúil le céir paraifín comhtháite i bpacáistí ceallraí chun gníomhú mar doirteal teasa chun a dteocht a rialáil, agus mar sin seachnaítear mí-úsáid teochta.
Chun na fadhbanna i gcéim 3 a réiteach (dó agus pléascadh)
Is iad teas, ocsaigin agus breosla, ar a dtugtar an “triantán dóiteáin,” na comhábhair is gá don chuid is mó de dhóiteáin.Le carnadh teasa agus ocsaigine a ghintear le linn céimeanna 1 agus 2, tosóidh an breosla (is é sin, leictrilítí an-inadhainte) ag dócháin go huathoibríoch.Tá sé ríthábhachtach inadhainteacht tuaslagóirí leictrilít a laghdú do shábháilteacht ceallraí agus d'fheidhmchláir mhórscála eile LIBanna.
Breiseáin lasair-retardant.Tá iarrachtaí ollmhóra taighde déanta ar bhreiseáin lasair-retardant a fhorbairt chun inadhainteacht leictrilítí leachtacha a laghdú.Tá an chuid is mó de na breiseáin lasair-retardant a úsáidtear i leictrilítí leachtacha bunaithe ar chomhdhúile fosfair orgánacha nó comhdhúile orgánacha halaiginithe.Toisc go bhfuil halaiginí guaiseacha don chomhshaol agus do shláinte an duine, tá na comhdhúile fosfar orgánacha níos geallta mar bhreiseáin lasair-retardant mar gheall ar a gcumas ard lasair-retarding agus cairdiúlacht don chomhshaol.I measc na gcomhdhúile fosfair orgánacha tipiciúla tá fosfáit trímheitile, fosfáit trífheinile, bis(2-methoxyethoxy)methylallylphosphonate, tris(2,2,2-trifluoroethyl) fosphite, (ethocsai) pentafluorocyclotriphosphazene, fosfáit eitile eitile, etc.Fíor 6A).Creidtear go ginearálta gur próiseas ceimiceach radacach-scavening an mheicníocht d'iarmhairtí lasair-mhoilliú na gcomhdhúile seo ina bhfuil fosfar.Le linn dócháin, is féidir leis na móilíní ina bhfuil fosfar dianscaoileadh go speicis saor-radacach ina bhfuil fosfar, ar féidir leo ansin na fréamhacha (mar shampla, fréamhacha H agus OH) a ghintear le linn iomadú imoibriú slabhra atá freagrach as dócháin leanúnach a fhoirceannadh.Fíor 6, B agus C).Ar an drochuair, tá an laghdú ar inadhainteacht mar thoradh ar na retardants lasair ina bhfuil fosfar a chur ar chostas na feidhmíochta leictriceimiceach.Chun an comhbhabhtáil seo a fheabhsú, tá roinnt modhnuithe déanta ag taighdeoirí eile ar a struchtúr móilíneach: (i) is féidir le fluairíniú páirteach na bhfosfáití ailcile a gcobhsaíocht laghdaitheach agus a n-éifeachtacht lasair-mhoilliú a fheabhsú;(ii) úsáid a bhaint as comhdhúile a bhfuil airíonna foirmithe scannáin chosanta agus lasair-mhoilliúna acu, amhail bis(2-methocsaitocsai)meitilal-alfosphonate , áit ar féidir leis na grúpaí ailliceacha scannán SEI cobhsaí a pholaiméiriú agus a fhoirmiú ar dhromchlaí graifíte, rud a choscann taobh ghuaiseach go héifeachtach. imoibrithe;(iii) fosfáit P(V) a athrú go fosfítí P(III), a éascaíonn foirmiú SEI agus atá in ann PF5 guaiseach a dhíghníomhachtú [mar shampla, tris(2,2,2-trífhluaraeitil) fosfít];agus (iv) fosfaséin thimthriallacha, go háirithe ciorafosfaséin fhluairínithe, a bhfuil comhoiriúnacht leictriceimiceach feabhsaithe acu a chur in ionad breiseán orgánafosfair.
Fíor 6 Straitéisí chun na saincheisteanna i gcéim 3 a réiteach.
(A) Struchtúir mhóilíneacha tipiciúla de bhreiseáin lasair-retardant.(B) Creidtear go ginearálta gur próiseas ceimiceach radacach-scavening é an mheicníocht maidir le héifeachtaí mhoillithe lasair na gcomhdhúile seo ina bhfuil fosfar, a fhéadfaidh na frithghníomhartha slabhra radacacha atá freagrach as an imoibriú dócháin sa chéim gáis a fhoirceannadh.TPP, fosfáit triphenyl.(C) Is féidir an t-am féin-mhúchadh (SET) den leictrilít carbónáit tipiciúil a laghdú go suntasach trí fosfáit triphenyl a chur leis.(D) Scéimreach an deighilteoir leictreaspúin “cliste” le hairíonna teirmeach-spreagtha lasair-retardant do LIBs.Tá an deighilteoir neamhspleách comhdhéanta de mhicrofibers le struchtúr croí-bhlaosc, áit a bhfuil an lasair-retardant an croí agus is é an polaiméir an bhlaosc.Nuair a dhéantar truicearú teirmeach, leáigh an bhlaosc polaiméire agus ansin scaoiltear an lasair-retardant cuimsithe isteach sa leictrilít, rud a shochtadh go héifeachtach adhainte agus dó na leictreailítí.(E) Léiríonn íomhá SEM de na microfibers TPP@PVDF-HFP tar éis eitseála go soiléir a struchtúr croí-bhlaosc.Barra scála, 5 μm.(F) Struchtúir mhóilíneacha tipiciúla de leacht ianach ag teocht an tseomra a úsáidtear mar leictrilítí neamh-inadhainte do LIBanna.(G) Struchtúr móilíneach PFPE, aschur PEO perfluairínithe neamh-inadhainte.Déantar dhá ghrúpa carbónáit meitile a mhodhnú ar chríochfoirt na slabhraí polaiméire chun comhoiriúnacht na móilíní le córais ceallraí reatha a chinntiú.
Ba chóir a thabhairt faoi deara go bhfuil trádáil-uaire i gcónaí idir inadhainteacht laghdaithe an leictrilít agus feidhmíocht cille do na breiseáin atá liostaithe, cé go bhfuil an comhréiteach seo feabhsaithe trí na dearaí móilíneacha thuas.Is éard atá i gceist le straitéis bheartaithe eile chun an fhadhb seo a réiteach ná an lasair-retardant a ionchorprú taobh istigh den bhlaosc polaiméire cosanta de mhicrea-shnáithíní, a chruaítear tuilleadh chun deighilteoir neamhfhite a dhéanamh (Fíor 6d).Déanadh deighilteoir micreashnáithín nua neamhfhite leictrispun le hairíonna teirmeach-retardant lasair-retardant do LIBs.Coscann imchochlú an lasair-retardant taobh istigh den bhlaosc polaiméire cosanta nochtadh díreach an lasair-retardant don leictrilít, rud a chosc ar éifeachtaí diúltacha ó na retardants ar fheidhmíocht leictriceimiceach na ceallraí (Fíor 6E).Mar sin féin, má tharlaíonn rith teirmeach na ceallraí LIB, leáfaidh an bhlaosc copolymer polai(vinylidenefluoride-hexafluoro propylene) (PVDF-HFP) de réir mar a mhéadaíonn an teocht.Ansin scaoilfear an retardant lasair fosfáit triphenyl cuimsithe isteach sa leictrilít, rud a shochtadh go héifeachtach dó na leictrilítí an-inadhainte.
Forbraíodh coincheap “leictrilít atá dírithe ar shalann” freisin chun an aincheist seo a réiteach.Sna leictreailítí orgánacha múchta dóiteáin seo do chadhnraí in-athluchtaithe tá LiN(SO2F)2 mar an salann agus retardant lasair coitianta de fosfáit trimethyl (TMP) mar an tuaslagóir aonair.Tá bunú spontáineach SEI neamhorgánach láidir bunaithe ar salann ar an anóid ríthábhachtach le haghaidh feidhmíochta leictriceimiceach cobhsaí.Is féidir an straitéis úrnua seo a leathnú chuig lasair-mhoilliú éagsúla eile agus d’fhéadfadh go n-osclófar bealach nua chun tuaslagóirí lasair-retardant nua a fhorbairt le haghaidh LIBanna níos sábháilte.
Leictrilítí leachtacha nonflammable.Réiteach deiridh ar shaincheisteanna sábháilteachta an leictrilít ná leictrilítí neamh-inadhainte a fhorbairt.Grúpa amháin de leictrilítí neamh-inadhainte a ndearnadh staidéar forleathan orthu is ea leachtanna ianach, go háirithe leachtanna ianach ag teocht an tseomra, atá neamh-luaineach (gan brú gaile inbhraite faoi 200 ° C) agus neamh-inadhainte agus a bhfuil fuinneog leathan teochta acu (Fíor 6F).Mar sin féin, tá gá le taighde leanúnach fós chun na saincheisteanna a bhaineann le cumas ráta íseal a réiteach a eascraíonn as a n-ard-slaodacht, líon aistrithe Li íseal, éagobhsaíocht cathodach nó laghdaitheach, agus ardchostas leachtanna ianach.
Is aicme eile de leictrilítí leachtacha neamh-inadhainte iad hidreafluoroethers meáchain íseal-mhóilíneach mar gheall ar a splancphointe ard nó gan aon, neamh-inadhainteacht, teannas dromchla íseal, slaodacht íseal, teocht íseal reo, etc.Ba cheart dearadh móilíneach cuí a dhéanamh chun a n-airíonna ceimiceacha a oiriúnú chun freastal ar na critéir maidir le electrolytes ceallraí.Sampla suimiúil a tuairiscíodh le déanaí ná perfluoropolyether (PFPE), analóg ocsaíd pholaitiléin sárfhluairínithe (PEO) a bhfuil cáil air as a neamh-inadhainteacht (Fíor 6G).Déantar dhá ghrúpa carbónáit meitile a mhodhnú ar na grúpaí críochfoirt de slabhraí PFPE (PFPE-DMC) chun comhoiriúnacht na móilíní le córais ceallraí reatha a chinntiú.Mar sin, is féidir le neamh-adhainteacht agus cobhsaíocht theirmeach PFPEanna sábháilteacht LIBanna a fheabhsú go mór agus an líon aistrithe leictrilít a mhéadú mar gheall ar an dearadh struchtúr móilíneach uathúil.
Is í Céim 3 an chéim dheireanach ach go háirithe ríthábhachtach don phróiseas éalaithe teirmeach.Ba chóir a thabhairt faoi deara, cé go ndearnadh iarrachtaí móra chun inadhainteacht an leictrilít leacht stát-de-aimseartha a laghdú, léiríonn úsáid leictrilítí soladach-stáit nach bhfuil so-ghalaithe gealltanas mór.Tá dhá chatagóir den chuid is mó leictrilítí soladacha: leictrilítí ceirmeacha neamhorgánacha [sulfídí, ocsaídí, nítrídí, fosfáití, etc.] agus leictrilítí polaiméire soladacha [meascán de shalainn Li le polaiméirí, mar shampla polai (ocsaíd eitiléine), polyacrylonitrile, etc.] .Ní mhionsonrófar iarrachtaí chun leictrilítí soladacha a fheabhsú anseo, toisc go bhfuil achoimre mhaith déanta ar an ábhar seo cheana féin i roinnt athbhreithnithe le déanaí .
LÉARGAS
San am atá caite, forbraíodh go leor ábhar úrscéal chun sábháilteacht na ceallraí a fheabhsú, cé nach bhfuil an fhadhb réitithe go hiomlán fós.Ina theannta sin, athraíonn na meicníochtaí is bun le saincheisteanna sábháilteachta do gach ceimic ceallraí éagsúla.Mar sin, ba cheart ábhair shonracha atá oiriúnaithe do chadhnraí éagsúla a dhearadh.Creidimid go bhfuil modhanna níos éifeachtaí agus ábhair dhea-dheartha fós le teacht.Anseo, liostaímid roinnt treoracha féideartha le haghaidh taighde sábháilteachta ceallraí sa todhchaí.
Ar an gcéad dul síos, tá sé tábhachtach modhanna in situ nó in operando a fhorbairt chun riochtaí sláinte inmheánacha na LIBanna a bhrath agus monatóireacht a dhéanamh orthu.Mar shampla, tá dlúthbhaint ag an bpróiseas runaway teirmeach leis an méadú ar theocht inmheánach nó brú laistigh de LIBs.Mar sin féin, tá an dáileadh teochta taobh istigh de chadhnraí sách casta, agus tá gá le modhanna chun monatóireacht chruinn a dhéanamh ar luachanna leictrilítí agus leictreoidí, chomh maith le deighilteoirí.Dá bhrí sin, tá sé ríthábhachtach na paraiméadair seo a thomhas le haghaidh comhpháirteanna éagsúla chun guaiseacha sábháilteachta ceallraí a dhiagnóisiú agus a chosc.
Tá cobhsaíocht theirmeach deighilteoirí ríthábhachtach do shábháilteacht ceallraí.Tá na polaiméirí nuafhorbartha a bhfuil leáphointe ard acu éifeachtach chun sláine theirmeach an deighilteoir a mhéadú.Mar sin féin, tá a n-airíonna meicniúla fós inferior, ag laghdú go mór a n-próiseasacht le linn cóimeála ceallraí.Thairis sin, tá praghas ina fhachtóir tábhachtach freisin ar cheart a mheas le haghaidh iarratais phraiticiúla.
Is cosúil gurb é forbairt leictrilítí soladacha an réiteach deiridh ar shaincheisteanna sábháilteachta LIBanna.Laghdóidh an leictrilít soladach go mór an fhéidearthacht go ndéanfaí ciorrú inmheánach ceallraí, chomh maith leis an mbaol dóiteáin agus pléascanna.Cé go bhfuil iarrachtaí móra déanta chun leictrilítí soladacha a chur chun cinn, tá a bhfeidhmíocht fós i bhfad taobh thiar d'fheidhmíocht leictrilítí leachta.Léiríonn comhdhúile leictrilítí neamhorgánacha agus polaiméire cumas mór, ach éilíonn siad dearadh agus ullmhúchán íogair.Cuirimid béim go bhfuil dearadh cuí na gcomhéadan neamhorgánach-polaiméir agus innealtóireacht a n-ailínithe ríthábhachtach le haghaidh iompar éifeachtach Li-ian.
Ba chóir a thabhairt faoi deara nach é an leictrilít leachtach an t-aon chomhpháirt ceallraí atá indóite.Mar shampla, nuair a ghearrtar go mór ar LIBanna, is ábhar imní mór sábháilteachta iad na hábhair anóid lithiated indóite (mar shampla, graifít lithiated).Tá éileamh mór ar retardants lasair atá in ann tinte ábhair soladstaide a mhoilliú go héifeachtach chun a sábháilteacht a mhéadú.Féadfar na lasair-retardants a mheascadh leis an graifít i bhfoirm nascóirí polaiméire nó creataí seoltaí.
Is fadhb sách casta agus sofaisticiúil é sábháilteacht ceallraí.Éilíonn todhchaí na sábháilteachta ceallraí go ndéanfaí níos mó iarrachtaí i staidéir mheicníochta bunúsacha chun tuiscint níos doimhne a fháil ar mhodhanna tréithrithe níos forbartha, ar féidir leo tuilleadh faisnéise a thairiscint chun dearadh ábhar a threorú.Cé go ndíríonn an tAthbhreithniú seo ar shábháilteacht ar leibhéal na n-ábhar, ba chóir a thabhairt faoi deara go bhfuil gá le cur chuige iomlánaíoch tuilleadh chun ceist sábháilteachta LIBanna a réiteach, áit a bhfuil róil chomhionann ag baint le hábhair, comhpháirteanna cille agus formáid, agus modúl ceallraí agus pacáistí chun cadhnraí iontaofa a dhéanamh roimhe seo. scaoiltear chuig an margadh iad.
TAGAIRTÍ AGUS NÓTAÍ
Kai Liu, Yayuan Liu, DingchangLin, Allen Pei, Yi Cui, Ábhair le haghaidh sábháilteacht ceallraí litiam-ian, ScienceAdvances, DOI: 10.1126/sciadv.aas9820
Am postála: Jun-05-2021
