Abradh
Thathas den bheachd gu bheil bataraidhean lithium-ion (LIBn) mar aon de na teicneòlasan stòraidh lùth as cudromaiche.Mar a bhios dùmhlachd lùth bataraidhean a’ dol am meud, bidh sàbhailteachd bataraidh a’ fàs eadhon nas cudromaiche ma thèid an lùth a leigeil ma sgaoil gun fhiosta.Bidh tubaistean co-cheangailte ri teintean agus spreadhaidhean de LIBn a’ tachairt gu tric air feadh an t-saoghail.Tha cuid air fìor chunnartan adhbhrachadh do bheatha agus slàinte dhaoine agus air leantainn gu grunn ath-ghairmean toraidh le luchd-saothrachaidh.Tha na tachartasan sin nan cuimhneachan gu bheil sàbhailteachd riatanach airson bataraidhean, agus feumar cùisean mòra fhuasgladh mus tèid siostaman bataraidh àrd-lùth a chuir an sàs san àm ri teachd.Tha an Lèirmheas seo ag amas air geàrr-chunntas a dhèanamh air bunaitean cùisean sàbhailteachd LIB agus cuideam a chuir air prìomh adhartas o chionn ghoirid ann an dealbhadh stuthan gus sàbhailteachd LIB a leasachadh.Tha sinn an dùil gum brosnaich an Lèirmheas seo tuilleadh leasachaidh ann an sàbhailteachd bataraidh, gu sònraichte dha LIBn a tha a’ tighinn am bàrr le dùmhlachd lùth àrd.
Tùs CÙISEAN SÀBHAILTEACHD LIB
Tha an electrolyte leaghan organach taobh a-staigh LIBs gu nàdarrach lasanta.Is e aon de na fàilligidhean as tubaisteach ann an siostam LIB an tachartas ruith teirmeach cascading, a thathas a’ meas mar phrìomh adhbhar draghan mu shàbhailteachd bataraidh.San fharsaingeachd, bidh ruith teirmeach a’ tachairt nuair a thèid ath-bhualadh exothermic a-mach à smachd.Mar a bhios teòthachd a’ bhataraidh ag èirigh gu os cionn ~ 80 ° C, bidh an ìre ath-bhualadh ceimigeach exothermic taobh a-staigh na bataraidhean ag àrdachadh agus a’ teasachadh a ’chill nas fhaide, a’ leantainn gu cearcall fios-air-ais adhartach.Dh’ fhaodadh an teòthachd a tha ag èirigh gu leantainneach teintean is spreadhadh adhbhrachadh, gu sònraichte airson pacaidean bataraidh mòr.Mar sin, le bhith a’ tuigsinn adhbharan agus pròiseasan ruith teirmeach faodaidh dealbhadh stuthan gnìomh a stiùireadh gus sàbhailteachd agus earbsachd LIBn a leasachadh.Faodar am pròiseas ruith teirmeach a roinn ann an trì ìrean, mar a tha geàrr-chunntas annFig. 1.
Fig. 1 Trì ìrean airson a' phròiseas ruith teirmeach.
Ìre 1: Tòisich cus teasachadh.Bidh na bataraidhean ag atharrachadh bho staid àbhaisteach gu staid neo-àbhaisteach, agus tha an teòthachd a-staigh a’ tòiseachadh ag àrdachadh.Ìre 2: Pròiseas cruinneachadh teas agus leigeil ma sgaoil gas.Bidh an teòthachd a-staigh ag èirigh gu sgiobalta, agus bidh am bataraidh a’ faighinn ath-bheachdan exothermal.Ìre 3: losgadh agus spreadhadh.Bidh an electrolyte lasanta a’ losgadh, a’ leantainn gu teintean agus eadhon spreadhaidhean.
Tòisich cus teasachadh (ìre 1)
Bidh ruith teirmeach a’ tòiseachadh le cus teasachadh an t-siostam bataraidh.Faodaidh an ro-teasachadh tùsail tachairt mar thoradh air a’ bhataraidh a bhith air a ghearradh nas fhaide na an bholtadh dealbhaichte (cus cosgais), a bhith fosgailte do theodhachd cus, cuairtean goirid taobh a-muigh mar thoradh air uèirleadh lochtach, no cuairtean goirid a-staigh mar thoradh air uireasbhaidhean cealla.Nam measg, is e giorrachadh a-staigh am prìomh adhbhar airson ruith teirmeach agus tha e gu math duilich smachd a chumail air.Faodaidh giorrachadh a-staigh tachairt ann an suidheachaidhean de phronnadh cealla leithid sprùilleach meatailt a-muigh;tubaist charbadan;cruthachadh lithium dendrite fo chosgais dùmhlachd gnàthach àrd, fo chumhachan cus cosgais no aig teòthachd ìosal;agus sgaraidhean lochtach a chaidh a chruthachadh aig àm co-chruinneachadh bataraidh, gus beagan ainmeachadh.Mar eisimpleir, tràth san Dàmhair 2013, bhuail càr Tesla faisg air Seattle sprùilleach meatailt a tholladh an sgiath agus am pasgan bataraidh.Chaidh an sprùilleach a-steach do na dealadairean polymer agus cheangail e an catod agus anod gu dìreach, ag adhbhrachadh gum biodh am bataraidh a ’dol goirid agus a’ dol na theine;ann an 2016, bha teintean bataraidh Samsung Note 7 mar thoradh air an dealaiche ultrathin ionnsaigheach a chaidh a mhilleadh gu furasta le cuideam bhon taobh a-muigh no na burrs tàthaidh air an electrode adhartach, ag adhbhrachadh gum biodh am bataraidh gu geàrr-chuairt.
Rè ìre 1, bidh obrachadh bataraidh ag atharrachadh bho staid àbhaisteach gu staid neo-àbhaisteach, agus bidh na cùisean gu h-àrd ag adhbhrachadh gum bi am bataraidh ro theth.Nuair a thòisicheas an teòthachd a-staigh ag àrdachadh, thig ìre 1 gu crìch agus tòisichidh ìre 2.
Pròiseas cruinneachadh teas agus sgaoileadh gas (ìre 2)
Mar a thòisicheas ìre 2, bidh an teòthachd a-staigh ag èirigh gu sgiobalta, agus bidh am bataraidh a ’dol tro na h-ath-bheachdan a leanas (chan eil na h-ath-bheachdan sin a’ tachairt anns an òrdugh cheart; faodaidh cuid dhiubh tachairt aig an aon àm):
(1) Solid electrolyte interphase (SEI) lobhadh mar thoradh air cus teasachadh no corporra dol a-steach.Tha an còmhdach SEI sa mhòr-chuid air a dhèanamh suas de cho-phàirtean seasmhach (leithid LiF agus Li2CO3) agus meata-sheasmhach [leithid polymers, ROCO2Li, (CH2OCO2Li)2, agus ROLi].Ach, faodaidh na co-phàirtean meata-sheasmhach lobhadh gu exothermically aig timcheall air> 90 ° C, a’ leigeil ma sgaoil gasaichean lasanta agus ocsaidean.Gabh (CH2OCO2Li)2 mar eisimpleir
(CH2OCO2Li)2 → Li2CO3+C2H4+CO2+0.5O2
(2) Le lobhadh SEI, bidh an teòthachd a 'togail suas, agus bidh an lithium meatailt no lithium eadar-fhighte anns an anod a' dèiligeadh ris na fuasglaidhean organach anns an electrolyte, a 'leigeil a-mach gasaichean hydrocarbon lasanta (ethane, meatan, agus feadhainn eile).Is e seo ath-bhualadh exothermic a bhios ag àrdachadh an teòthachd nas fhaide.
(3) CuinT> ~ 130 ° C, bidh an dealaiche polyethylene (PE) / polypropylene (PP) a ’tòiseachadh a’ leaghadh, a bheir tuilleadh crìonadh air an t-suidheachadh agus ag adhbhrachadh cuairt ghoirid eadar an catod agus an anod.
(4) Aig a 'cheann thall, bidh teas ag adhbhrachadh lobhadh stuth lithium-meatailt catode agus a' ciallachadh gu bheil ocsaidean air a leigeil ma sgaoil.Gabh LiCoO2 mar eisimpleir, a dh'fhaodas lobhadh a 'tòiseachadh aig ~ 180 ° C mar a leanas
Tha briseadh sìos an catod cuideachd gu math exothermic, ag àrdachadh an teòthachd agus an cuideam a bharrachd agus, mar thoradh air an sin, a 'luathachadh ath-bheachdan.
Aig ìre 2, bidh an teòthachd ag àrdachadh agus bidh ocsaidean a’ cruinneachadh am broinn bataraidhean.Bidh am pròiseas ruith teirmeach a’ dol air adhart bho ìre 2 gu ìre 3 cho luath ‘s a bhios ocsaidean gu leòr agus teas air cruinneachadh airson losgadh bataraidh.
Losgadh is spreadhadh (ìre 3)
Aig ìre 3, tòisichidh losgadh.Tha na electrolytes de LIBn organach, a tha cha mhòr uile-choitcheann de choimeasgaidhean cearcallach agus sreathach alkyl carbonates.Tha ìre àrd de luaineachd aca agus tha iad gu math lasanta.A’ gabhail ris an electrolyte carbonate a thathas a’ cleachdadh gu mòr-chòrdte [am measgachadh de ethylene carbonate (EC) + dimethyl carbonate (DMC) (1: 1 a rèir cuideam)] mar eisimpleir, tha e a’ nochdadh cuideam vapor de 4.8 kPa aig teòthachd an t-seòmair agus puing flash gu math ìosal). de 25 ° ± 1 ° C aig cuideam adhair de 1.013 bar.Tha an ocsaidean agus an teas a chaidh a leigeil ma sgaoil ann an ìre 2 a’ toirt seachad na suidheachaidhean riatanach airson a bhith a’ losgadh electrolytes organach lasanta, agus mar sin ag adhbhrachadh cunnartan teine no spreadhaidh.
Ann an ìrean 2 agus 3, bidh na h-ath-bhualaidhean exothermic a’ tachairt fo chumhachan faisg air adiabatic.Mar sin, tha calorimetry ìre luathaichte (ARC) na dhòigh air a chleachdadh gu farsaing a bhios a’ dèanamh atharrais air an àrainneachd taobh a-staigh nan LIBn, a chuidicheas ar tuigse mu chinetics ath-bhualadh teirmeach.Figear 2a’ sealltainn lùb ARC àbhaisteach de LIB a chaidh a chlàradh rè na deuchainnean droch dhìol teirmeach.Le bhith ag atharrais air àrdachadh teòthachd ann an ìre 2, bidh stòr teas bhon taobh a-muigh ag àrdachadh teòthachd a’ bhataraidh gu teòthachd tòiseachaidh.Os cionn na teothachd seo, bidh an SEI a’ lobhadh, a bhrosnaicheas barrachd ath-bhualaidhean ceimigeach exothermic.Mu dheireadh, leaghaidh an dealaiche.Àrdaichidh an ìre fèin-teasachaidh às deidh sin, a’ leantainn gu ruith teirmeach (nuair a tha an ìre fèin-teasachaidh> 10 ° C / min) agus losgadh electrolyte (ìre 3).
Is e an anod grafait microbead mesocarbon.Is e an catod LiNi0.8Co0.05Al0.05O2.Is e an electrolyte 1.2 M LiPF6 ann an EC/PC/DMC.Chaidh dealaiche trilayer Celgard 2325 a chleachdadh.Atharrachadh le cead bho Electrochemical Society Inc.
Bu chòir a thoirt fa-near nach eil na h-ath-bheachdan gu h-àrd a 'tachairt gu cruaidh aon às deidh a chèile san òrdugh a chaidh a thoirt seachad.Tha iad, caran, iom-fhillte agus eagarach.
Stuthan LE SÀBHAILTEACHD BATTERY leasaichte
Stèidhichte air tuigse mu ruith teirmeach bataraidh, thathas a’ sgrùdadh mòran dhòighean-obrach, leis an amas cunnartan sàbhailteachd a lughdachadh tro dhealbhadh reusanta phàirtean bataraidh.Anns na h-earrannan a leanas, tha sinn a 'toirt geàrr-chunntas air diofar stuthan stuthan airson sàbhailteachd bataraidh a leasachadh, a' fuasgladh dhuilgheadasan co-cheangailte ri diofar ìrean ruith teirmeach.
Gus fuasgladh fhaighinn air na duilgheadasan ann an ìre 1 (toiseach an overheating)
Stuthan anod earbsach.Bidh cruthachadh Li dendrite air anod LIB a’ tòiseachadh a’ chiad ìre de ruith teirmeach.Ged a chaidh a’ chùis seo a lughdachadh ann an anodes LIBn malairteach (mar eisimpleir, anodes carbonaceous), cha deach bacadh iomlan a chuir air cruthachadh Li dendrite.Mar eisimpleir, ann an LIBn malairteach, bidh tasgadh dendrite a’ tachairt nas fheàrr aig oirean electrode grafait mura h-eil na anodes agus na cathodes air an deagh chàradh.A bharrachd air an sin, faodaidh suidheachadh obrach neo-iomchaidh LIBn cuideachd tasgadh meatailt Li a thoirt gu buil le fàs dendrite.Tha e ainmeil gum faodar dendrite a chruthachadh gu furasta ma thèid am bataraidh a ghearradh (i) aig dùmhlachd sruth àrd far a bheil tasgadh Li meatailt nas luaithe na sgaoileadh ions Li anns a’ mhòr-ghrafit;(ii) fo chumhachan cus cosgais nuair a tha grafait air a dhol thairis air;agus (iii) aig teòthachd ìosal [mar eisimpleir, teòthachd subamient (~ 0 ° C)], mar thoradh air barrachd slaodachd an electrolyte leaghaidh agus barrachd strì an aghaidh sgaoileadh Li-ion.
Bho shealladh feartan stuthan, is e an tùs freumh a tha a ’dearbhadh toiseach fàs Li dendrite air an anod an SEI neo-sheasmhach agus neo-fhoirmeil, a dh’ adhbhraicheas cuairteachadh gnàthach ionadail neo-chòmhnard.Chaidh co-phàirtean electrolyte, gu sònraichte stuthan cur-ris, a sgrùdadh gus èideadh SEI a leasachadh agus cuir às do chruthachadh Li dendrite.Tha cur-ris àbhaisteach a’ toirt a-steach todhar neo-organach [mar eisimpleir, CO2 , LiI , msaa] agus todhar organach anns a bheil bannan gualain neo-shàthaichte leithid vinylene carbonate agus cuir-ris maleimide;moileciuilean cearcallach neo-sheasmhach leithid butyrolactone , ethylene sulfite , agus na toraidhean aca;agus todhar fluorinated leithid fluoroethylene carbonate , am measg feadhainn eile.Fiù ‘s aig ìre pàirtean-gach-millean, faodaidh na moileciuilean sin fhathast morf-eòlas SEI a leasachadh, mar sin a’ co-sheirm flux Li-ion agus a ’cur às do chomas cruthachadh Li dendrite.
Gu h-iomlan, tha na dùbhlain Li dendrite fhathast an làthair ann an anodes grafait no carbonaceous agus silicon / SiO anns a bheil anodes an ath ghinealach.Tha fuasgladh na cùise mu fhàs Li dendrite na dhùbhlan a tha deatamach airson a bhith ag atharrachadh cheimigean Li-ion dùmhlachd àrd lùth a dh’ aithghearr.Bu chòir a thoirt fa-near, o chionn ghoirid, gun deach oidhirpean mòra a dhèanamh gus fuasgladh fhaighinn air cùis cruthachadh Li dendrite ann an anodan meatailt fìor-ghlan le bhith a’ co-sheirm flux Li-ion aig àm tasgadh Li;mar eisimpleir, còmhdach còmhdach dìon , innleadaireachd SEI fuadain , msaa. Anns an taobh seo, dh'fhaodadh cuid de na dòighean-obrach solas a thilgeil air mar a dhèiligeas iad ris a' chùis mu anodan carbonaceous ann an LIBn cuideachd.
Electrolytes lionn ioma-ghnìomhach agus dealadairean.Tha prìomh dhleastanasan aig an electrolyte leaghaidh agus an dealaiche ann a bhith a’ sgaradh an catod agus anod àrd-lùth gu corporra.Mar sin, faodaidh electrolytes agus dealadairean ioma-ghnìomhach air an deagh dhealbhadh na bataraidhean a dhìon gu mòr aig ìre thràth de ruith teirmeach bataraidh (ìre 1).
Gus bataraidhean a dhìon bho phronnadh meacanaigeach, chaidh electrolyte lionn tiugh rùsgaidh fhaighinn le bhith a’ cur silica fumed gu electrolyte carbonate (1 M LiFP6 ann an EC / DMC).Às deidh cuideam no buaidh meacanaigeach, bidh an lionn a ’nochdadh buaidh tiugh rùsgaidh le àrdachadh ann an slaodachd, mar sin a’ sgaoileadh lùth buaidh agus a ’nochdadh fulangas airson pronnadh (Fig. 3A)
Fig. 3 Ro-innleachdan gus ceistean fhuasgladh ann an ìre 1.
(A) An electrolyte tiugh rùsgaidh.Top: Airson electrolyte àbhaisteach, faodaidh buaidh meacanaigeach leantainn gu giorrachadh bataraidh a-staigh, ag adhbhrachadh teintean is spreadhadh.Gu h-ìosal: Tha an electrolyte smart ùr-nodha le buaidh tiugh rùsgaidh fo chuideam no buaidh a’ nochdadh fulangas sàr-mhath ri pronnadh, a dh’ fhaodadh sàbhailteachd meacanaigeach bataraidhean adhartachadh gu mòr.(B) Luchd-sgaraidh dà-ghnìomhach airson lorg tràth air dendrites lithium.Cruthachadh dendrite ann am bataraidh lithium traidiseanta, far nach lorgar làn dhol a-steach don dealaiche le lithium dendrite ach nuair a dh’ fhàilnich am bataraidh air sgàth cuairt ghoirid a-staigh.An coimeas ri sin, bataraidh lithium le dealaiche dà-ghnìomhach (air a dhèanamh suas de shreath giùlain eadar dà sgaradh àbhaisteach), far am bi an lithium dendrite a tha air fàs a’ dol a-steach don dealaiche agus a’ conaltradh ris an t-sreath copair giùlain, a’ leantainn gu tuiteam a-steach.VCu−Li, a tha na rabhadh mu fhàiligeadh ri thighinn mar thoradh air cuairt ghoirid a-staigh.Ach, tha am bataraidh slàn fhathast ag obair gu sàbhailte le comas nonzero.(A) agus (B) air an atharrachadh no air an ath-riochdachadh le cead bho Springer Nature.(C) Sgaradair trilayer gus Li dendrites cunnartach ithe agus beatha bataraidh a leudachadh.Clì: Faodaidh anodes lithium tasgaidhean dendritic a chruthachadh gu furasta, a dh’ fhaodas fàs nas motha mean air mhean agus a dhol a-steach don dealaiche polymer inert.Nuair a cheanglas na dendrites an catod agus an anod mu dheireadh, tha am bataraidh geàrr-chuairt agus bidh e a’ fàiligeadh.Deas: Chaidh sreath de nanoparticles silica a cheangal le dà shreath de luchd-sgaraidh polymer malairteach.Mar sin, nuair a dh'fhàsas dendrites lithium agus a thèid iad a-steach don dealaiche, cuiridh iad fios gu na nanoparticles silica anns an t-sreath ceapaire agus thèid an ithe gu dealanach.(D) Ìomhaigh microscopaidh dealanach (SEM) den dealaiche ceapaire silica nanoparticle.(E) bholtadh àbhaisteach an aghaidh ìomhaigh ùine bataraidh Li / Li le dealaiche àbhaisteach (lùb dearg) agus an dealaiche trilayer ceapaire silica nanoparticle (lùb dubh) air a dhearbhadh fo na h-aon chumhachan.Tha (C), (D), agus (E) air an ath-riochdachadh le cead bho John Wiley and Sons.(F) Dealbh sgeamach de uidheamachd cur-ris redox shuttle.Air uachdar catod overcharged, tha an cuir-ris redox air a oxidachadh chun fhoirm [O], a bhiodh an uairsin air a lughdachadh air ais chun stàit thùsail aige [R] air uachdar an anod le sgaoileadh tron electrolyte.Faodar a’ chearcall electrochemical de oxidation-sgaoilidh-lùghdachadh-sgaoileadh a chumail gun chrìoch agus mar sin a’ glasadh comas catod bho bhith a’ cur cus cosgais cunnartach.(G) Structaran ceimigeach àbhaisteach de na stuthan cur-ris redox.(H) Uidheam an cuir-ris cus cosgais a dh’ fhaodas polymerize electrochemically aig àrd chomasan.(I) Structaran ceimigeach àbhaisteach de na stuthan cur-ris a tha air an dùnadh a-mach.Tha comasan obrach nan stuthan cur-ris air an liostadh fo gach structar moileciuil ann an (G), (H), agus (I).
Faodaidh luchd-sgaraidh an catod agus anod a chòmhdach gu dealanach agus pàirt chudromach a ghabhail ann a bhith a’ cumail sùil air staid slàinte bataraidh in situ gus casg a chuir air tuilleadh crìonadh seachad air ìre 1. Mar eisimpleir, “sgaradair dà-ghnìomhach” le rèiteachadh trilayer polymer-meatailt-polymer (Fig. 3B) comasach air gnìomh mothachaidh bholtachd ùr a thoirt seachad.Nuair a dh’ fhàsas dendrite a-mach agus a ruigeas e an ìre eadar-mheadhanach, ceangailidh e an còmhdach meatailt agus an anod gus an lorgar tuiteam bholtachd gu h-obann eatorra mar thoradh.
A bharrachd air an lorg, chaidh dealaiche trilayer a dhealbhadh gus na Li dendrites cunnartach ithe agus am fàs aca a lughdachadh às deidh dhaibh a dhol a-steach don dealaiche.Sreath de nanoparticles silica, air an ceangal le dà shreath de luchd-sgaraidh polyolefin malairteach (Fig. 3, C agus D), a bhith ag ithe dendrites cunnartach cunnartach sam bith, agus mar sin a’ leasachadh sàbhailteachd bataraidh gu h-èifeachdach.Chaidh beatha a’ bhataraidh dìonta a leudachadh gu mòr timcheall air còig tursan an taca ri beatha luchd-sgaraidh àbhaisteach (Fig. 3E).
Dìon cus cosgais.Tha cus cosgais air a mhìneachadh mar bhith a’ cur cosgais air bataraidh nas fhaide na an bholtadh dealbhaichte.Dh’ fhaodadh cus cosgais a bhith air a bhrosnachadh le dùmhlachd sruth sònraichte àrd, pròifilean cosgais ionnsaigheach, msaa, a dh’ fhaodadh sreath de dhuilgheadasan a thoirt gu buil, a ’toirt a-steach (i) tasgadh Li meatailt air an anod, a bheir buaidh mhòr air coileanadh electrochemical agus sàbhailteachd a’ bhataraidh;(ii) lobhadh stuth catod, a 'leigeil a-mach ocsaidean;agus (iii) a 'lobhadh an electrolyte organach, a' leigeil às teas agus stuthan gaseous (H2, hydrocarbons, CO, msaa), a tha an urra ri ruith teirmeach.Tha na h-ath-bhualaidhean electrochemical rè an lobhadh iom-fhillte, cuid dhiubh air an liostadh gu h-ìosal.
Tha an rionnag (*) a’ comharrachadh gu bheil an gas haidridean a’ tighinn bhon phròtaig, a’ fàgail bhuidhnean a chaidh a chruthachadh nuair a bhios carbonatan air an oxidachadh aig a’ chatod, a bhios an uairsin a’ sgaoileadh dhan anod a bhith air a lughdachadh agus a’ gineadh H2.
Air bunait nan eadar-dhealachaidhean anns na gnìomhan aca, faodar na stuthan dìon overcharge a bhith air an seòrsachadh mar chur-ris redox shuttle agus cuir-ris dùnadh.Bidh a’ chiad fhear a’ dìon a’ chill bho bhith a’ faighinn cus cosgais air ais, agus bidh an tè mu dheireadh a’ crìochnachadh gnìomhachd cealla gu maireannach.
Bidh cur-ris shuttle Redox ag obair le bhith a’ crathadh a’ chosgais a bharrachd a thèid a chuir a-steach don bhataraidh gu dealanach nuair a thig cus cosgais.Mar a chithear ann anFig. 3F, tha an uidheamachd stèidhichte air cur-ris redox aig a bheil comas oxidation beagan nas ìsle na an lobhadh electrolyte anodic.Air uachdar catod le cus cosgais, tha an cuir-ris redox air a oxidachadh chun fhoirm [O], a bhiodh an uairsin air a lughdachadh air ais chun stàit thùsail aige [R] air uachdar an anod às deidh sgaoileadh tron electrolyte.Às deidh sin, faodaidh an cuir-ris lùghdaichte sgaoileadh air ais chun chatod, agus faodar a’ chearcall electrochemical de “oxidation-diffusion-reduction-diffusion” a chumail suas gun chrìoch agus mar sin a ’glasadh a’ chomas catod bho bharrachd chìsean cunnartach.Tha sgrùdaidhean air sealltainn gum bu chòir comas redox nan stuthan cur-ris a bhith timcheall air 0.3 gu 0.4 V os cionn comas a’ chatod.
Chaidh sreath de stuthan cur-ris le structaran ceimigeach air an deagh dhealbhadh agus comasan redox a leasachadh, a’ toirt a-steach metallocenes organometallic, phenothiazines, triphenylamines, dimethoxybenzenes agus na toraidhean aca, agus 2-(pentafluorophenyl)-tetrafluoro-1,3,2-benzodioxaboro (Fig. 3G).Le bhith a’ tàillearachd structaran moileciuil, faodar na comasan oxidation cuir-ris a ghleusadh gu os cionn 4 V, a tha freagarrach airson stuthan catod àrd-bholtaids a tha a’ leasachadh gu luath agus electrolytes.Tha am prionnsapal dealbhaidh bunaiteach a’ toirt a-steach a bhith a’ lughdachadh an orbital moileciuil as àirde a tha a’ fuireach anns a’ chur-ris le bhith a’ cur luchd-ionaid tarraing air ais eileagtronaigeach, a’ leantainn gu àrdachadh ann an comas oxidation.A bharrachd air stuthan organach, tha cuid de shalainn neo-organach, a dh'fhaodas a bhith chan ann a-mhàin mar an t-salann electrolyte ach cuideachd mar shuttle redox, leithid salainn cnuasachaidh perfluoroborane [is e sin, lithium fluorododecaborates (Li2B12F).xH12 -x)], cuideachd air an lorg gu bhith nan cuir-ris shuttle redox èifeachdach .
Is e seòrsa de stuthan dìon cus cosgais nach gabh a thoirt air ais a th’ ann an cuir-ris overcharge dùnadh.Bidh iad ag obair an dàrna cuid le bhith a’ leigeil a-mach gas aig àrd-chomasan, a bhios, an uair sin, a’ cur an gnìomh inneal brisidh gnàthach, no le bhith a’ polymerizing gu maireannach gu electrochemical gu comas àrd gus crìoch a chuir air gnìomhachd bataraidh mus tachair toraidhean tubaisteach (Fig. 3H).Tha eisimpleirean den chiad fhear a’ toirt a-steach xylene , cyclohexylbenzene , agus biphenyl , agus tha eisimpleirean den fheadhainn mu dheireadh a’ toirt a-steach biphenyl agus todhar cùbhraidh eile (Fig. 3I).Is e na buaidhean àicheil a tha aig cuir-ris dùnadh fhathast coileanadh obrachaidh is stòraidh fad-ùine nan LIBn air sgàth oxidation neo-atharrachail nan todhar sin.
Gus fuasgladh fhaighinn air na duilgheadasan ann an ìre 2 (pròiseas cruinneachadh teas agus sgaoileadh gas)
Stuthan catod earbsach.Ocsaidean meatailt gluasaid lithium, leithid ocsaidean leaghaidh LiCoO2, LiNiO2, agus LiMnO2;an spinel-seòrsa ocsaid LiM2O4;agus an seòrsa polyanion LiFePO4, air an cleachdadh gu mòr-chòrdte stuthan catod, aig a bheil, ge-tà, le cùisean sàbhailteachd gu sònraichte aig teòthachd àrd.Nam measg, tha an LiFePO4 le structar olivine an ìre mhath sàbhailte, a tha seasmhach suas ri 400 ° C, fhad ‘s a thòisicheas LiCoO2 a’ lobhadh aig 250 ° C.Is e an adhbhar airson sàbhailteachd nas fheàrr LiFePO4 gu bheil na h-ianan ocsaidean gu lèir a’ cruthachadh bannan covalent làidir le P5+ gus na polyanions PO43-tetrahedral a chruthachadh, a bhios a’ bunailteachadh an fhrèam trì-thaobhach gu lèir agus a’ toirt seachad seasmhachd nas fheàrr an coimeas ri stuthan catod eile, ged a tha fhathast ann. chaidh aithris air cuid de thubaistean teine bataraidh.Tha am prìomh dhragh sàbhailteachd ag èirigh bho bhith a’ lobhadh nan stuthan catod sin aig teòthachd àrdaichte agus an leigeil ma sgaoil ocsaidean aig an aon àm, a dh’ fhaodadh losgadh agus spreadhadh adhbhrachadh, a bheir droch bhuaidh air sàbhailteachd bataraidh.Mar eisimpleir, tha structar criostail an ocsaid leacach LiNiO2 neo-sheasmhach air sgàth gu bheil Ni2 + ann, agus tha a mheud ionic coltach ris an fhear aig Li +.Tha an delithiated LixNiO2 (x<1) buailteach tionndadh gu ìre seòrsa spinel nas seasmhaiche LiNi2O4 (spinel) agus NiO coltach ri creag-salann, le ocsaidean air a leigeil ma sgaoil gu electrolyte leaghaidh aig timcheall air 200 ° C, a’ leantainn gu losgadh electrolyte.
Chaidh oidhirpean mòra a dhèanamh gus seasmhachd teirmeach nan stuthan catod sin a leasachadh le bhith a’ dopadh atom agus còmhdach dìon uachdar.
Faodaidh dopadh atom àrdachadh mòr a thoirt air seasmhachd teirmeach nan stuthan còmhdach ogsaid mar thoradh air na structaran criostail seasmhach a thig às.Faodar seasmhachd teirmeach LiNiO2 no Li1.05Mn1.95O4 a leasachadh gu mòr le bhith a 'toirt a-steach pàirt de Ni no Mn le cations meatailt eile, leithid Co, Mn, Mg, agus Al.Airson LiCoO2, faodaidh toirt a-steach eileamaidean dopaidh agus alloy leithid Ni agus Mn àrdachadh mòr a thoirt air an teòthachd tòiseachaidh lobhadhTdec, agus cuideachd a’ seachnadh ath-bhualaidhean le electrolyte aig teòthachd àrd.Ach, tha àrdachadh ann an seasmhachd teirmeach catod san fharsaingeachd a’ tighinn le ìobairtean ann an comas sònraichte.Gus an duilgheadas seo fhuasgladh, chaidh stuth catod caisead dùmhlachd-cuibhreachaidh airson bataraidhean lithium ath-thagraidh stèidhichte air lithium nicil le còmhdach manganese cobalt manganese oxide a leasachadh (Fig. 4A).Anns an stuth seo, tha mòr-chuid meadhanach beairteach ann an Ni-bheairteach agus còmhdach a-muigh beairteach Mn, le dùmhlachd Ni a’ dol sìos agus dùmhlachd Mn and Co ag èirigh mar a thathar a’ tighinn faisg air an uachdar (Fig. 4B).Tha a 'chiad fhear a' toirt seachad comas àrd, ach tha an tè mu dheireadh a 'leasachadh seasmhachd teirmeach.Chaidh an stuth catod ùr seo a shealltainn gus sàbhailteachd bataraidhean a leasachadh gun a bhith a’ toirt buaidh air an coileanadh electrochemical aca (Fig. 4C).
Fig. 4 Ro-innleachdan airson fuasgladh fhaighinn air na cùisean ann an ìre 2: Cathodes earbsach.
(A) Diagram sgeamach de phìos electrode dearbhach le cridhe Ni-bheairteach air a chuairteachadh le còmhdach a-muigh caisead dùmhlachd.Tha mòr-chuid meadhanach Ni-saidhbhir aig gach pìos Li (Ni0.8Co0.1Mn0.1) O2 agus còmhdach a-muigh beairteach Mn [Li (Ni0.8Co0.1Mn0.1) O2] le dùmhlachd Ni a’ dol sìos agus dùmhlachdan Mn agus Co a mheudachadh. mar a tha an uachdar a 'tighinn faisg.Tha a 'chiad fhear a' toirt seachad comas àrd, ach tha an tè mu dheireadh a 'leasachadh seasmhachd teirmeach.Is e an co-dhèanamh cuibheasach Li(Ni0.68Co0.18Mn0.18)O2.Tha micrograph sganaidh dealanach de phìos àbhaisteach cuideachd ri fhaicinn air an taobh cheart.(B) Toraidhean meanbh-anailis x-ray electron-probe den oxide lithiated oxide Li (Ni0.64Co0.18Mn0.18)O2.Tha na h-atharrachaidhean cruinneachaidh mean air mhean de Ni, Mn, agus Co anns an eadar-fhilleadh follaiseach.Bidh an dùmhlachd Ni a’ dol sìos, agus tha na dùmhlachdan Co agus Mn ag èirigh chun uachdar.(C) Lorgan calorimetry sganaidh eadar-dhealaichte (DSC) a’ sealltainn sruthadh teas bho ath-bhualadh an electrolyte le stuth caisead dùmhlachd Li (Ni0.64Co0.18Mn0.18)O2, an stuth meadhanach Ni-saidhbhir Li (Ni0.8Co0.1Mn0. 1) O2, agus an còmhdach a-muigh beairteach Mn [Li (Ni0.46Co0.23Mn0.31) O2].Chaidh na stuthan a ghearradh gu 4.3 V. (A), (B), agus (C) ath-riochdachadh le cead bho Springer Nature.(D) Clì: microscopy dealanach tar-chuir (TEM) ìomhaigh raon soilleir den LiCoO2 còmhdaichte le nanoparticle AlPO4;Bidh speactrometry x-ray sgaoilte lùth a’ dearbhadh na pàirtean Al agus P anns an t-sreath còmhdach.Deas: Ìomhaigh TEM àrd-rèiteachaidh a’ sealltainn na nanoparticles AlPO4 (~ 3 nm ann an trast-thomhas) anns an t-sreath còmhdach nanoscale;tha na saighdean a’ comharrachadh an eadar-aghaidh eadar còmhdach AlPO4 agus LiCoO2.(E) Clì: Dealbh de chill anns a bheil catod LiCoO2 lom às deidh an deuchainn overcharge 12-V.Loisg an cealla agus spreadh e aig an bholtadh sin.Deas: Dealbh de chill anns a bheil an LiCoO2 còmhdaichte le nanoparticle AlPO4 às deidh an deuchainn overcharge 12-V.(D) agus (E) air an ath-riochdachadh le cead bho John Wiley and Sons.
Is e ro-innleachd eile airson seasmhachd teirmeach a leasachadh a bhith a’ còmhdach an stuth catod le còmhdach tana dìon de choimeasgaidhean giùlain Li + a tha seasmhach gu teirmeach, a dh’ fhaodadh casg a chuir air conaltradh dìreach bho stuthan catod le electrolyte agus mar sin lughdaich ath-bheachdan taobh agus gineadh teas.Faodaidh an còmhdach a bhith an dàrna cuid filmichean neo-organach [mar eisimpleir, ZnO , Al2O3, AlPO4 , AlF3 , msaa], a dh’ fhaodas ions Li a ghiùlan às deidh dhaibh a bhith air an lasadh (Fig. 4, D agus E), no filmichean organach, leithid poly (diallyldimethylammonium chloride), filmichean dìon air an cruthachadh le cuir-ris γ-butyrolactone, agus cuir-ris ioma-phàirteach (anns a bheil vinylene carbonate, 1,3-propylene sulfite, agus dimethylacetamide).
Tha toirt a-steach còmhdach le co-èifeachd teòthachd adhartach cuideachd èifeachdach airson sàbhailteachd catod a mheudachadh.Mar eisimpleir, faodaidh catodes LiCoO2 còmhdaichte le poly (3-decylthiophene) ath-bheachdan electrochemical agus ath-bheachdan taobh a dhùnadh aon uair ‘s gu bheil an teòthachd ag èirigh suas gu> 80 ° C, oir faodaidh an còmhdach polymer giùlain atharrachadh gu luath gu staid a tha gu math an-aghaidh.Faodaidh còmhdach de oligomers fèin-chrìochnaichte le ailtireachd hyper-branched cuideachd a bhith ag obair mar shreath bacaidh a tha freagairteach gu teirmeach gus am bataraidh a dhùnadh bhon taobh catode.
Neach-cruinneachaidh gnàthach a ghabhas atharrachadh gu teirmeach.Faodaidh dùnadh ath-bhualaidhean electroceimiceach rè àrdachadh teòthachd bataraidh aig ìre 2 casg èifeachdach a chuir air an teòthachd bho bhith ag àrdachadh tuilleadh.Tha tionndadh polymer thermoresponsive luath agus reversible (TRPS) air a thoirt a-steach don taobh a-staigh don neach-cruinneachaidh gnàthach (Fig. 5A).Tha am film tana TRPS a’ toirt a-steach mìrean nicil nanostructured spìceach le còmhdach graphene (GrNi) mar an lìonadh giùlain agus matrix PE le co-èifeachd leudachaidh teirmeach mòr (α ~ 10−4 K−1).Bidh na filmichean co-dhèanta polymer mar a chaidh an dèanamh a’ nochdadh seoltachd àrd (σ) aig teòthachd an t-seòmair, ach nuair a tha an teòthachd a’ tighinn faisg air an teòthachd tionndaidh (Ts), bidh an giùlan a’ lughdachadh taobh a-staigh 1 s le seachd gu ochd òrdughan meudachd mar thoradh air leudachadh meud polymer, a bhios a ’sgaradh nam mìrean giùlain agus a’ briseadh nan slighean giùlain (Fig. 5B).Bidh am film a’ fàs inslitheach sa bhad agus mar sin a’ cur crìoch air obrachadh a’ bhataraidh (Fig. 5C).Tha am pròiseas seo gu math tionndadh air ais agus faodaidh e obrachadh eadhon às deidh grunn thachartasan ro theth gun a bhith a’ toirt buaidh air coileanadh.
Fig. 5 Ro-innleachdan gus ceistean fhuasgladh ann an ìre 2.
(A) Dealbh sgeamach de uidheamachd tionndaidh teirmeach neach-cruinneachaidh gnàthach TRPS.Tha aon no dhà de luchd-cruinneachaidh gnàthach air a’ bhataraidh sàbhailte còmhdaichte le còmhdach tana TRPS.Bidh e ag obair gu h-àbhaisteach aig teòthachd an t-seòmair.Ach, ma tha teòthachd àrd no sruth mòr ann, leudaichidh am matrix polymer, agus mar sin a ’sgaradh na gràinean giùlain, a dh’ fhaodas an giùlan a lughdachadh, ag àrdachadh gu mòr an aghaidh agus a ’dùnadh a’ bhataraidh.Mar sin faodar structar a’ bhataraidh a dhìon gun mhilleadh.Nuair a thèid fuarachadh, bidh am polymer a’ crìonadh agus a’ faighinn air ais na slighean giùlain tùsail.(B) Atharrachaidhean dùbhlanachd de dhiofar fhilmichean TRPS mar ghnìomh teothachd, a’ gabhail a-steach PE/GrNi le diofar luchdan GrNi agus PP/GrNi le luchdachadh 30% (v/v) de GrNi.(C) Geàrr-chunntas comas air baidhsagal bataraidh LiCoO2 sàbhailte eadar 25 ° C agus dùnadh.Tha an comas faisg air neoni aig 70 ° C a’ nochdadh làn dhùnadh.Tha (A), (B), agus (C) air an ath-riochdachadh le cead bho Springer Nature.(D) Riochdachadh sgeamach de bhun-bheachd dùnadh stèidhichte air microsphere airson LIBn.Tha electrodan air an cur an gnìomh le microspheres thermoresponsive a bhios, os cionn teòthachd bataraidh a-staigh deatamach, a ’dol tro ghluasad teirmeach (leaghadh).Bidh na capsalan leaghte a’ còmhdach uachdar an electrod, a’ cruthachadh cnap-starra inslithe ianach agus a’ dùnadh cealla bataraidh.(E) Chaidh membran neo-organach tana agus fèin-sheasmhach air a dhèanamh suas de ghràineanan alumina 94% agus inneal-ceangail rubair styrene-butadiene (SBR) ullachadh le dòigh tilgeadh fuasglaidh.Deas: Dealbhan a’ sealltainn seasmhachd teirmeach an dealaiche coimeasgaichte neo-organach agus an dealaiche PE.Tha na seuladairean air an cumail aig 130 ° C airson 40 mionaid.Ghluais am PE gu mòr bhon sgìre leis a’ cheàrnag dhotagach.Ach, cha do sheall an dealaiche co-dhèanta crìonadh follaiseach.Air ath-riochdachadh le cead bho Elsevier.(F) Structar moileciuil cuid de pholaimirean teòthachd àrd leaghaidh mar stuthan dealachaidh le crìonadh ìosal àrd-teòthachd.Top: polyimide (PI).Meadhanach: ceallalose.Gu h-ìosal: poly (butylene) terephthalate.(G) Clì: Coimeas eadar spectra DSC an PI leis an dealaiche PE agus PP;tha an dealaiche PI a’ nochdadh seasmhachd teirmeach sàr-mhath aig an raon teòthachd bho 30 ° gu 275 ° C.Deas: Dealbhan camara didseatach a’ dèanamh coimeas eadar fliuchd dealaiche malairteach agus an dealaiche PI mar-synthesized le electrolyte propylene carbonate.Air ath-riochdachadh le cead bho Chomann Ceimigeach Ameireagaidh.
Luchd-sgaraidh dùnadh teirmeach.Is e ro-innleachd eile gus casg a chuir air bataraidhean bho ruith teirmeach aig ìre 2 slighe giùlain ions Li a dhùnadh tron sgaradair.Tha dealadairean nam prìomh phàirtean airson sàbhailteachd LIBn, leis gu bheil iad a’ cur casg air conaltradh dealain dìreach eadar an catod àrd-lùth agus stuthan anod fhad ‘s a tha iad a’ ceadachadh còmhdhail ionic.Is e PP agus PE na stuthan as cumanta a chleachdar, ach tha droch sheasmhachd teirmeach aca, le puingean leaghaidh de ~ 165 ° agus ~ 135 ° C, fa leth.Airson LIB malairteach, chaidh luchd-sgaraidh le structar trilayer PP/PE/PP a mhalairteachadh mu thràth, far a bheil PE na ìre dìon meadhanach.Nuair a bhios teòthachd a-staigh a ’bhataraidh ag èirigh os cionn teòthachd èiginneach (~ 130 ° C), bidh an còmhdach porous PE a’ leaghadh gu ìre, a ’dùnadh na pores film agus a’ casg imrich ions anns an electrolyte leaghaidh, fhad ‘s a tha an còmhdach PP a’ toirt seachad taic meacanaigeach gus taobh a-staigh a sheachnadh giorrachadh.Air an làimh eile, faodar dùnadh LIB a tha air a bhrosnachadh le teirmeach a choileanadh le bhith a’ cleachdadh microspheres thermoresponsive PE no cèir paraffin mar an ìre dìon de anodes bataraidh no dealadairean.Nuair a ruigeas teòthachd a’ bhataraidh a-staigh luach èiginneach, bidh na microspheres a’ leaghadh agus a’ còmhdachadh an anod / dealaiche le cnap-starra neo-thruaillidh, a’ stad air còmhdhail Li-ion agus a’ dùnadh a’ chill gu maireannach (Fig. 5D).
Sgaradairean le seasmhachd teirmeach àrd.Gus seasmhachd teirmeach luchd-sgaraidh bataraidh a leasachadh, chaidh dà dhòigh-obrach a leasachadh anns na grunn bhliadhnaichean a dh’ fhalbh:
(1) Luchd-sgaraidh leasaichte le ceirmeag, air an dèanamh an dàrna cuid le còmhdach dìreach no fàs air uachdar sreathan ceirmeag leithid SiO2 agus Al2O3 air uachdar dealaiche polyolefin a th’ ann mar-thà no le pùdar ceirmeag freumhaichte anns na stuthan polymeric.Fig. 5E), a’ nochdadh puingean leaghaidh fìor àrd agus neart meacanaigeach àrd agus cuideachd gu bheil giùlan teirmeach àrd aca.Chaidh cuid de luchd-sgaraidh measgaichte a chaidh a dhèanamh tron ro-innleachd seo a mhalairteachadh, leithid Separion (ainm malairt).
(2) Tha atharrachadh stuthan dealachaidh bho polyolefin gu polymers teòthachd àrd leaghaidh le lughdachadh ìosal air teasachadh, leithid polyimide, ceallalose, poly (butylene) terephthalate, agus poly (esters) coltach ri chèile, na ro-innleachd èifeachdach eile airson a bhith a’ leasachadh seasmhachd teirmeach. de luchd-sgaraidh (Fig. 5F).Mar eisimpleir, is e polymer thermosetting a th’ ann am polyimide a tha air a mheas gu farsaing mar roghainn eile gealltanach air sgàth cho seasmhach sa tha e teirmeach (seasmhach os cionn 400 ° C), deagh neart ceimigeach, neart tensile àrd, taiseachd math electrolyte, agus retardancy lasair.Fig. 5G).
Pacaidean bataraidh le gnìomh fuarachaidh.Chaidh siostaman riaghlaidh teirmeach aig ìre inneal a tha comasach le cuairteachadh èadhair no fuarachadh leaghaidh a chleachdadh gus coileanadh bataraidh a leasachadh agus àrdachadh teothachd a lughdachadh.A bharrachd air an sin, chaidh stuthan atharrachadh ìre leithid cèir paraffin fhilleadh a-steach do phasganan bataraidh gus a bhith nan sinc teas gus an teòthachd aca a riaghladh, agus mar sin a’ seachnadh mì-ghnàthachadh teothachd.
Gus fuasgladh fhaighinn air na duilgheadasan ann an ìre 3 (losgadh agus spreadhadh)
Is e teas, ocsaidean, agus connadh, ris an canar an “triantan teine,” na grìtheidean riatanach airson a’ mhòr-chuid de theintean.Le cruinneachadh teas is ogsaidean air a chruthachadh aig ìrean 1 agus 2, tòisichidh an connadh (is e sin, electrolytes fìor lasanta) a’ losgadh gu fèin-ghluasadach.Tha a bhith a’ lughdachadh lasadh an electrolyte solvents deatamach airson sàbhailteachd bataraidh agus tuilleadh thagraidhean air sgèile mhòr de LIBn.
Cur-ris lasair-retardant.Chaidh oidhirpean mòra rannsachaidh a dhèanamh airson leasachadh stuthan cur-ris lasair-lasair gus lughdachadh a dhèanamh air lasair electrolytes leaghaidh.Tha a’ mhòr-chuid de stuthan cur-ris lasair-lasair a thathas a’ cleachdadh ann an electrolytes leaghaidh stèidhichte air todhar fosfair organach no todhar organach halogenated.Leis gu bheil halogens cunnartach don àrainneachd agus do shlàinte dhaoine, tha na todhar fosfair organach nan tagraichean nas gealltanach mar stuthan cur-ris lasair air sgàth an comas àrd lasair-lasair agus càirdeil don àrainneachd.Tha todhar fosfair organach àbhaisteach a’ toirt a-steach trimethyl phosphate, triphenyl phosphate, bis (2-methoxyethoxy) methylallylphosphonate, tris (2,2,2-trifluoroethyl) phosphite, (ethoxy) pentafluorocyclotriphosphazene, ethylene ethyl phosphate, msaa.Fig. 6A).Sa chumantas thathas a’ creidsinn gur e pròiseas scavening radaigeach ceimigeach a th’ anns an uidheamachd airson buaidhean molaidh lasrach nan todhar sin anns a bheil fosfair.Rè losgadh, faodaidh na moileciuilean anns a bheil fosfair lobhadh gu gnèithean radaigeach an-asgaidh anns a bheil fosfair, a dh'fhaodas an uairsin crìoch a chur air na radaigich (mar eisimpleir, radaigich H agus OH) a thèid a chruthachadh rè iomadachadh ath-bhualadh slabhraidh a tha an urra ri losgadh leantainneach (Fig. 6, B agus C).Gu mì-fhortanach, tha an lùghdachadh ann an lasair le bhith a’ cur ris na lasraichean-lasair seo anns a bheil fosfair a’ tighinn gu cosgais coileanadh electrochemical.Gus am malairt seo a leasachadh, tha luchd-rannsachaidh eile air beagan atharrachaidhean a dhèanamh air an structar moileciuil aca: (i) faodaidh fluorination pàirt de na phosphates alcyl an seasmhachd lughdachaidh agus an èifeachdas lasadh-lasair a leasachadh;(ii) cleachdadh todhar aig a bheil an dà chuid feartan dìon film dìon agus lasair-lasair, leithid bis (2-methoxyethoxy) methylallylphosphonate , far an urrainn dha na buidhnean allylic polymerize agus cruthachadh film SEI seasmhach air uachdar grafait, mar sin a’ cur casg gu h-èifeachdach air taobh cunnartach ath-bheachdan;(iii) atharrachadh P(V) phosphate gu P(III) phosphites, a tha a 'comasachadh cruthachadh SEI agus a tha comasach air PF5 cunnartach a chuir dheth [mar eisimpleir, tris (2,2,2-trifluoroethyl) phosphite];agus (iv) cuir fosfazenes cearcallach an àite stuthan cur-ris organophosphorus, gu sònraichte cyclophosphazene fluorinated, a tha air co-fhreagarrachd electrochemical àrdachadh.
Fig. 6 Ro-innleachdan gus ceistean fhuasgladh ann an ìre 3.
(A) Structaran moileciuil àbhaisteach de stuthan cur-ris lasrach.(B) Sa chumantas thathas a’ creidsinn gur e pròiseas scavening radaigeach ceimigeach a th’ ann an uidheamachd airson buaidhean molaidh lasrach nan todhar sin anns a bheil fosfair, a dh’ fhaodadh crìoch a chuir air na h-ath-bheachdan slabhraidh radaigeach a tha an urra ris an ath-bhualadh losgaidh anns an ìre gas.TPP, triphenyl phosphate.(C) Faodar an ùine fèin-sgrios (SET) den electrolyte àbhaisteach carbonate a lùghdachadh gu mòr le bhith a 'cur a-steach triphenyl phosphate.(D) Sgeama an dealaiche electrospun “smart” le feartan lasair-lasair air a bhrosnachadh le teirmeach airson LIBn.Tha an dealaiche leis fhèin air a dhèanamh suas de microfibers le structar slige cridhe, far a bheil an lasair-dìon na chridhe agus is e am polymer an t-slige.Às deidh gluasad teirmeach, bidh an slige polymer a ’leaghadh agus an uairsin thèid an inneal-dìon lasair dùmhail a leigeil ma sgaoil a-steach don electrolyte, agus mar sin gu h-èifeachdach a’ cuir stad air lasadh agus losgadh nan electrolytes.(E) Tha ìomhaigh SEM de na microfibers TPP@PVDF-HFP às deidh sgrìobadh a’ sealltainn gu soilleir an structar bunaiteach-slige aca.Bàr sgèile, 5 μm.(F) Structaran moileciuil àbhaisteach de lionn ianach aig teòthachd an t-seòmair air a chleachdadh mar electrolytes neo-lasanta airson LIBn.(G) Structar moileciuil PFPE, analog PEO perfluorinated nonflammable.Tha dà bhuidheann methyl carbonate air an atharrachadh air crìochan slabhraidhean polymer gus dèanamh cinnteach gu bheil na moileciuilean co-chòrdalachd le siostaman bataraidh gnàthach.
Bu chòir a thoirt fa-near gu bheil an-còmhnaidh malairt eadar lasair lùghdaichte an electrolyte agus coileanadh cealla airson na stuthan cur-ris a tha air an liostadh, ged a chaidh an co-rèiteachadh seo a leasachadh tro na dealbhaidhean moileciuil gu h-àrd.Tha ro-innleachd eile a thathar a’ moladh airson an duilgheadas seo fhuasgladh a’ toirt a-steach a bhith a’ toirt a-steach an lasair-lasair taobh a-staigh an t-slige polymer dìon de microfibers, a tha air an cruachadh a bharrachd gus dealaiche neo-fhighte a chruthachadh.Fig. 6d).Chaidh inneal-sgaraidh microfiber neo-fhighte electrospun le feartan lasair-lasair air a bhrosnachadh le teirmeach a chruthachadh airson LIBn.Bidh cuairteachadh an lasair-lasair taobh a-staigh an t-slige polymer dìon a ’cur casg air a bhith a’ nochdadh gu dìreach an lasair-lasair don electrolyte, a ’cur casg air droch bhuaidhean bho luchd-dìon air coileanadh electrochemical a’ bhataraidh (Fig. 6E).Ach, ma thachras ruith teirmeach de bhataraidh LIB, leagh an slige copolymer poly (vinylidenefluoride-hexafluoro propylene) (PVDF-HFP) mar a bhios an teòthachd ag èirigh.An uairsin thèid an inneal-dìon lasair triphenyl phosphate encapsulated a leigeil ma sgaoil a-steach don electrolyte, agus mar sin gu h-èifeachdach a’ cuir stad air losgadh nan electrolytes lasanta.
Chaidh bun-bheachd “electrolyte stèidhichte air salann” a leasachadh cuideachd gus an duilgheadas seo fhuasgladh.Tha LiN (SO2F)2 mar an t-salann anns na electrolytes organach a tha a’ cuir às-teine airson bataraidhean ath-thagraidh agus inneal-dìon lasair mòr-chòrdte de trimethyl phosphate (TMP) mar an aon fhuasgladh.Tha cruthachadh spontaneous de SEI neo-organach làidir stèidhichte air salann air an anod deatamach airson coileanadh electrochemical seasmhach.Faodar an ro-innleachd ùr seo a leudachadh gu grunn innealan-dìona lasrach eile agus dh’ fhaodadh i slighe ùr fhosgladh airson fuasglaidhean lasrach ùr a leasachadh airson LIBn nas sàbhailte.
Electrolytes leaghaidh nonflammable.Is e fuasgladh deireannach air cùisean sàbhailteachd an electrolyte a bhith a’ leasachadh electrolytes neo-lasaichte.Is e aon bhuidheann de electrolytes nonflammable a chaidh a sgrùdadh gu farsaing lioftaichean ionic, gu sònraichte lioftaichean ionic aig teòthachd an t-seòmair, a tha neo-luaineach (gun chuideam bhalbhaichean a lorgar nas ìsle na 200 ° C) agus neo-lasanta agus aig a bheil uinneag teòthachd farsaing (Fig. 6F).Ach, tha feum air rannsachadh leantainneach fhathast gus fuasgladh fhaighinn air cùisean comas ìre ìosal ag èirigh bhon àrd-shlaodachd aca, àireamh tar-chuir Li ìosal, neo-sheasmhachd cathodic no lughdachail, agus cosgais àrd lioftaichean ionic.
Tha hydrofluoroethers cuideam ìosal moileciuil mar sheòrsa eile de electrolytes lionn neo-lasaichte air sgàth an ìre àrd no gun phuing flash, neo-lasadh, teannachadh uachdar ìosal, slaodachd ìosal, teòthachd reòta ìosal, msaa.Bu chòir dealbhadh moileciuil ceart a dhèanamh gus na feartan ceimigeach aca atharrachadh gus coinneachadh ri slatan-tomhais electrolytes bataraidh.Is e eisimpleir inntinneach a chaidh aithris o chionn ghoirid perfluoropolyether (PFPE), analog polyethylene oxide perfluorinated (PEO) a tha ainmeil airson cho neo-sheasmhachd.Fig. 6G).Tha dà bhuidheann methyl carbonate air an atharrachadh air na buidhnean crìochnachaidh de shlabhraidhean PFPE (PFPE-DMC) gus dèanamh cinnteach gu bheil na moileciuilean co-chòrdalachd le siostaman bataraidh gnàthach.Mar sin, faodaidh neo-flammability agus seasmhachd teirmeach PFPEn sàbhailteachd LIBn a leasachadh gu mòr fhad ‘s a tha iad ag àrdachadh an àireamh tar-chuir electrolyte mar thoradh air dealbhadh structar moileciuil gun samhail.
Is e Ìre 3 an ìre mu dheireadh ach gu sònraichte deatamach airson pròiseas ruith teirmeach.Bu chòir a thoirt fa-near, ged a chaidh oidhirpean mòra a dhèanamh gus lasair an electrolyte leaghan ùr-nodha a lughdachadh, gu bheil cleachdadh electrolytes solid-state neo-luaineach a’ nochdadh gealladh mòr.Bidh electrolytes solid sa mhòr-chuid ann an dà roinn: electrolytes ceirmeag neo-organach [sulfides, oxides, nitrides, phosphates, msaa] agus electrolytes polymer cruaidh [measgachadh de shalainn Li le polymers, leithid poly (ethylene oxide), polyacrylonitrile, msaa].Cha tèid mion-fhiosrachadh a dhèanamh an seo air oidhirpean gus electrolytes cruaidh a leasachadh, oir tha an cuspair seo mar-thà air a dheagh gheàrr-chunntas ann an grunn lèirmheasan o chionn ghoirid.
LAOIDH
San àm a dh'fhalbh, chaidh mòran stuthan ùr-nodha a leasachadh gus sàbhailteachd bataraidh a leasachadh, ged nach deach an duilgheadas fhuasgladh gu tur fhathast.A bharrachd air an sin, tha na h-innealan a tha mar bhunait air cùisean sàbhailteachd eadar-dhealaichte airson gach ceimigeachd bataraidh eadar-dhealaichte.Mar sin, bu chòir stuthan sònraichte a dhealbhadh airson diofar bataraidhean.Tha sinn den bheachd gu bheil dòighean nas èifeachdaiche agus stuthan air an deagh dhealbhadh fhathast ri lorg.An seo, tha sinn a 'liostadh grunn stiùiridhean a dh'fhaodadh a bhith ann airson rannsachadh sàbhailteachd bataraidh san àm ri teachd.
An toiseach, tha e cudromach dòighean in situ no operando a leasachadh gus suidheachadh slàinte taobh a-staigh LIBn a lorg agus a sgrùdadh.Mar eisimpleir, tha dlùth cheangal aig a’ phròiseas ruith teirmeach ri teòthachd a-staigh no àrdachadh cuideam taobh a-staigh LIBn.Ach, tha an cuairteachadh teòthachd taobh a-staigh bataraidhean caran iom-fhillte, agus tha feum air dòighean gus sùil gheur a chumail air luachan electrolytes agus electrodes, a bharrachd air dealadairean.Mar sin, tha e deatamach gun tèid na crìochan sin a thomhas airson diofar phàirtean airson a bhith a’ lorg agus mar sin a’ casg cunnartan sàbhailteachd bataraidh.
Tha seasmhachd teirmeach luchd-sgaraidh deatamach airson sàbhailteachd bataraidh.Tha na polymers ùra leasaichte le puingean leaghaidh àrd èifeachdach ann a bhith ag àrdachadh ionracas teirmeach an dealaiche.Ach, tha na feartan meacanaigeach aca fhathast nas ìsle, a 'lùghdachadh gu mòr an comas làimhseachaidh aig àm co-chruinneachadh bataraidh.A bharrachd air an sin, tha prìs cuideachd na fheart cudromach air am bu chòir beachdachadh airson tagraidhean practaigeach.
Tha e coltach gur e leasachadh electrolytes cruaidh am fuasgladh mu dheireadh airson cùisean sàbhailteachd LIBn.Lùghdaichidh an electrolyte cruaidh gu mòr an comas air giorrachadh bataraidh a-staigh, còmhla ri cunnart teintean is spreadhaidhean.Ged a chaidh oidhirpean mòra a dhèanamh gus electrolytes cruaidh a thoirt air adhart, tha an coileanadh aca fhathast fada air dheireadh air coileanadh electrolytes leaghaidh.Tha comas mòr aig companaidhean de electrolytes inorganic agus polymer, ach tha feum aca air dealbhadh agus ullachadh fìnealta.Tha sinn a’ daingneachadh gu bheil dealbhadh ceart air an eadar-aghaidh inorganic-polymer agus innleadaireachd an co-thaobhadh deatamach airson còmhdhail Li-ion èifeachdach.
Bu chòir a thoirt fa-near nach e an electrolyte leaghaidh an aon phàirt bataraidh a ghabhas losgadh.Mar eisimpleir, nuair a tha LIBn fo chasaid àrd, tha na stuthan anod lithiated lasaichte (mar eisimpleir, grafait lithiated) cuideachd nan dragh mòr mu shàbhailteachd.Thathas ag iarraidh gu mòr air luchd-dìon lasair as urrainn teintean de stuthan cruaidh a chuir air ais gu h-èifeachdach gus an sàbhailteachd àrdachadh.Faodar an lasair-lasair a mheasgachadh leis a’ ghrafait ann an cruth luchd-ceangail polymer no frèaman giùlain.
Tha sàbhailteachd bataraidh na dhuilgheadas caran iom-fhillte agus sòlaimte.Tha sàbhailteachd bataraidh san àm ri teachd ag iarraidh barrachd oidhirpean ann an sgrùdaidhean meacanaigeach bunaiteach airson tuigse nas doimhne a bharrachd air dòighean caractar nas adhartaiche, a bheir seachad tuilleadh fiosrachaidh gus dealbhadh stuthan a stiùireadh.Ged a tha an Lèirmheas seo a’ cuimseachadh air sàbhailteachd ìre stuthan, bu chòir a thoirt fa-near gu bheil feum air dòigh-obrach coileanta gus fuasgladh fhaighinn air cùis sàbhailteachd LIBn, far a bheil stuthan, co-phàirtean cealla agus cruth, agus modal bataraidh agus pacaidean a’ cluich co-ionannachd dhleastanasan gus bataraidhean a dhèanamh earbsach roimhe seo. tha iad air an leigeil ma sgaoil don mhargaidh.
TAGHTAICHEAN AGUS NODANNA
Kai Liu, Yayuan Liu, DingchangLin, Allen Pei, Yi Cui, Stuthan airson sàbhailteachd bataraidh lithium-ion, ScienceAdvances, DOI: 10.1126/sciadv.aas9820
Ùine puist: Jun-05-2021
