ʻĀpana
Manaʻo ʻia ʻo Lithium-ion batteries (LIBs) kekahi o nā ʻenehana mālama ikehu koʻikoʻi.Ke piʻi aʻe ka nui o ka ikehu o nā pila, ʻoi aku ka koʻikoʻi o ka palekana o ka pākaukau inā hoʻokuʻu ʻia ka ikehu me ka manaʻo ʻole.ʻO nā pōʻino e pili ana i ke ahi a me nā pahū o nā LIB hiki pinepine i ka honua holoʻokoʻa.Ua hoʻoweliweli kekahi i ke ola kanaka a me ke olakino a ua alakaʻi i nā hoʻomanaʻo huahana he nui e nā mea hana.ʻO kēia mau hanana he mea hoʻomanaʻo he mea pono ka palekana no nā pila, a pono e hoʻoholo ʻia nā pilikia koʻikoʻi ma mua o ka hoʻohana ʻana i nā ʻōnaehana uila ikaika nui.Ke manaʻo nei kēia Review e hōʻuluʻulu i nā kumu kumu o nā pilikia palekana LIB a hōʻike i ka holomua koʻikoʻi hou i ka hoʻolālā waiwai e hoʻomaikaʻi i ka palekana LIB.Manaʻo mākou e hōʻeuʻeu kēia loiloi i ka hoʻomaikaʻi hou ʻana i ka palekana o ka pākaukau, ʻoi aku hoʻi no nā LIB e kū mai ana me ka nui o ka ikehu kiʻekiʻe.
KE KUMU O NA PALAPALA LILO
ʻO ka electrolyte wai kūlohelohe i loko o nā LIB hiki ke puhi ʻia.ʻO kekahi o nā pōʻino nui loa o kahi ʻōnaehana LIB ʻo ia ka hanana holo ʻana o ka wela, i manaʻo ʻia ʻo ke kumu nui o nā hopohopo palekana.Ma keʻano laulā, hiki ke holo ka wela i ka wā e pau ai ka mana exothermic.Ke piʻi aʻe ka mahana o ka pākaukau ma luna o ~ 80 ° C, piʻi ka nui o ka hopena kemika exothermic i loko o nā pā a hoʻomaʻamaʻa hou i ke kelepona, e hopena i kahi pōʻai pane maikaʻi.ʻO ka piʻi mau ʻana o ka wela ke hopena i ke ahi a me ka pahū ʻana, ʻoi aku hoʻi no nā ʻeke pākaukau nui.No laila, ʻo ka hoʻomaopopo ʻana i nā kumu a me nā kaʻina o ka holo ʻana o ka wela ke alakaʻi i ka hoʻolālā ʻana o nā mea hana e hoʻomaikaʻi ai i ka palekana a me ka hilinaʻi o nā LIB.Hiki ke hoʻokaʻawale ʻia ke kaʻina hana holo wela i ʻekolu mau ʻanuʻu, e like me ka hōʻuluʻulu ʻana maFig. 1.
Fig. 1 ʻEkolu mau ʻanuʻu no ke kaʻina holo wela.
Ka Papa 1: ʻO ka hoʻomaka ʻana o ka wela.Hoʻololi nā pila mai kahi kūlana maʻamau a ʻano ʻole, a hoʻomaka ka mahana o loko e piʻi.'anuʻu 2: ʻO ka hōʻiliʻili wela a me ke kaʻina hoʻokuʻu kinoea.Piʻi koke ka wela o loko, a loaʻa ka pākaukau i nā hopena exothermal.Ka Papa 3: Puhi a pahū.Hoʻopau ka electrolyte hiki ke ahi, e alakaʻi ana i ke ahi a me nā pahū.
ʻO ka hoʻomaka ʻana o ka wela (pae 1)
Hoʻomaka ka mahuka wela mai ka wela nui ʻana o ka ʻōnaehana pākahi.Hiki ke hoʻomaka ka wela mua ma muli o ka hoʻopiʻi ʻia ʻana o ka pākaukau ma mua o ka volta i hoʻolālā ʻia (overcharging), ka ʻike ʻana i nā wela keu, nā kaapuni pōkole waho ma muli o ka hewa o ka uwea, a i ʻole nā kaapuni pōkole kūloko ma muli o nā hemahema cell.I waena o lākou, ʻo ka pōkole kūloko ke kumu nui o ka holo ʻana o ka wela a paʻakikī ke kāohi.Hiki ke hoʻopōkole i loko i ke ʻano o ke kuʻi ʻana o ke kelepona e like me ke komo ʻana o nā ʻōpala metala waho;kuʻi kaʻa;ka hoʻokumu ʻana o ka lithium dendrite ma lalo o ke kiʻekiʻe o kēia manawa, ma lalo o nā kūlana overcharging a i ʻole i nā haʻahaʻa haʻahaʻa;a me nā mea hoʻokaʻawale kīnā i hana ʻia i ka wā o ka hui ʻana o ka pākaukau, e inoa i kekahi.No ka laʻana, i ka hoʻomaka ʻana o ʻOkakopa 2013, ua paʻi kahi kaʻa Tesla kokoke i Seattle i nā ʻōpala metala i hou aku i ka pale a me ka ʻeke pākahi.Ua komo ka ʻōpala i nā mea hoʻokaʻawale polymer a hoʻopili pololei i ka cathode a me ka anode, e hoʻopōkole ai ka pākaukau a puhi i ke ahi;i ka makahiki 2016, ʻo ka Samsung Note 7 ke ahi pākaukau ma muli o ka mea hoʻokaʻawale ultrathin ikaika i hoʻopōʻino ʻia e ke kaomi o waho a i ʻole nā burrs welding ma ka electrode maikaʻi, e hoʻopōkole ana i ka pākaukau.
I ka wā 1, hoʻololi ka hana ʻana o ka pākaukau mai kahi kūlana maʻamau i kahi kūlana ʻino, a ʻo nā pilikia a pau i helu ʻia ma luna nei e hoʻopau i ka wela.Ke hoʻomaka ka piʻi ʻana o ka wela o loko, pau ka pae 1 a hoʻomaka ka pae 2.
ʻO ka hōʻiliʻili wela a me ke kaʻina hoʻokuʻu kinoea (pae 2)
I ka hoʻomaka ʻana o ka pae 2, piʻi koke ka wela o loko, a loaʻa ka pākaukau i kēia mau hopena (ʻaʻole hiki kēia mau hopena ma ke kauoha pololei i hāʻawi ʻia; hiki i kekahi o ia mau mea ke hiki i ka manawa hoʻokahi):
(1) Paʻa electrolyte interphase (SEI) decomposition ma muli o ka wela nui a i ʻole ke komo kino.ʻO ka papa SEI ka nui o nā mea paʻa (e like me LiF a me Li2CO3) a me metastable [e like me nā polymers, ROCO2Li, (CH2OCO2Li)2, a me ROLi].Eia naʻe, hiki i nā ʻāpana metastable ke decompose exothermically ma kahi o> 90 ° C, e hoʻokuʻu ana i nā kinoea lapalapa a me ka oxygen.E lawe (CH2OCO2Li)2 i laʻana
(CH2OCO2Li)2→Li2CO3+C2H4+CO2+0.5O2
(2) Me ka decomposition o SEI, ka wela e kukulu ai, a me ka lithium metala a intercalated lithium i loko o ka anode e pane me ka organik solvents i loko o ka electrolyte, hoʻokuʻu flammable hydrocarbon kinoea (ethane, methane, a me na mea e ae).He hopena exothermic kēia e hoʻonui i ka mahana.
(3) I ka manawaT> ~130°C, hoʻomaka ka mea hoʻokaʻawale polyethylene (PE)/polypropylene (PP) e heheʻe, kahi e hoʻomāinoino hou ai i ke kūlana a hana i kahi pōkole pōkole ma waena o ka cathode a me ka anode.
(4) ʻO ka hopena, hoʻomaka ka wela i ka decomposition o ka lithium metal oxide cathode material a hopena i ka hoʻokuʻu ʻana o ka oxygen.E lawe i ka LiCoO2 ma ke ʻano he laʻana, hiki ke decompose e hoʻomaka ana ma ~180°C penei
ʻO ka haʻihaʻi ʻana o ka cathode he exothermic nui loa, e hoʻonui hou i ka mahana a me ke kaomi a, ma muli o ka hopena, e wikiwiki hou i nā hopena.
I ka wā 2, piʻi ka mahana a hōʻiliʻili ka oxygen i loko o nā pā.Hoʻomaka ke kaʻina holo wela mai ka pae 2 a hiki i ka pae 3 i ka wā e hōʻiliʻili ai ka oxygen a me ka wela no ka hoʻopau ʻana i ka pākaukau.
Puhi a pahū (pae 3)
I ka pae 3, hoʻomaka ka puhi ʻana.ʻO nā electrolytes o LIBs he mea kūlohelohe, kahi kokoke i nā hui āpau o cyclic a me linear alkyl carbonates.Loaʻa iā lākou ka volatility kiʻekiʻe a hiki ke hoʻopau ʻia.I ka lawe ʻana i ka carbonate electrolyte i hoʻohana nui ʻia [ka hui ʻana o ka ethylene carbonate (EC) + dimethyl carbonate (DMC) (1:1 ma ke kaupaona)] ma ke ʻano he laʻana, hōʻike ia i kahi kaomi mahu o 4.8 kPa ma ka lumi wela a me kahi kiko uila haʻahaʻa loa. o 25° ± 1°C ma ke kaomi ea o 1.013 bar .Hāʻawi ka oxygen a me ka wela i hoʻokuʻu ʻia i ka pae 2 i nā kūlana i koi ʻia no ka puhi ʻana i nā electrolytes organik flammable, a laila e hoʻopilikia ai i ke ahi a i ʻole ka pahū.
Ma ka pae 2 a me 3, hiki mai nā hopena exothermic ma lalo o nā kūlana kokoke-adiabatic.No laila, ʻo ka accelerated rate calorimetry (ARC) kahi ʻenehana i hoʻohana nui ʻia e hoʻohālikelike i ke kaiapuni i loko o nā LIB, kahi e hoʻomaʻamaʻa ai i ko mākou ʻike ʻana i nā kinetics reaction runaway thermal.Kiʻi 2hōʻike i kahi pihi ARC maʻamau o kahi LIB i hoʻopaʻa ʻia i ka wā o nā hoʻāʻo hōʻino wela.ʻO ka hoʻohālikelike ʻana i ka piʻi ʻana o ka mahana ma ka pae 2, ʻo kahi kumu wela o waho e hoʻonui ai i ka mahana pākaukau i ka wela hoʻomaka.Ma luna o kēia mahana, ua decompose ka SEI, kahi e hoʻoulu ai i nā hopena kemika exothermic.I ka hopena, heheʻe ka mea hoʻokaʻawale.E piʻi aʻe ka nui o ka hoʻomehana ponoʻī ma hope, e alakaʻi ana i ka holo ʻana o ka wela (inā ʻoi aku ka nui o ka hoʻomehana ʻana iā ʻoe iho he> 10°C/min) a me ka hoʻopau ʻana i ka electrolyte (pae 3).
ʻO ka anode ka mesocarbon microbead graphite.ʻO ka cathode ʻo LiNi0.8Co0.05Al0.05O2.ʻO ka electrolyte he 1.2 M LiPF6 i EC/PC/DMC.Ua hoʻohana ʻia kahi mea hoʻokaʻawale trilayer Celgard 2325.Hoʻololi ʻia me ka ʻae ʻia mai ka Electrochemical Society Inc.
Pono e hoʻomaopopo ʻia ʻaʻole hiki ke hoʻokō ʻia nā hopena i hōʻike ʻia ma luna nei i kēlā me kēia ma ke kauoha i hāʻawi ʻia.He mau pilikia paʻakikī a ʻōnaehana lākou.
NA MEA ME KA PALAPALA PALAPALA I HOI
Ma muli o ka hoʻomaopopo ʻana i ka holo ʻana o ka pākaukau, ke aʻo ʻia nei nā ala he nui, me ka manaʻo e hōʻemi i nā pōʻino palekana ma o ka hoʻolālā kūpono o nā ʻāpana pākahi.Ma nā ʻāpana e hiki mai ana, hōʻuluʻulu mākou i nā ʻano mea like ʻole e hoʻomaikaʻi ai i ka palekana o ka pākaukau, e hoʻonā i nā pilikia e pili ana i nā pae holo wela.
No ka hoʻoponopono ʻana i nā pilikia ma ka pae 1 (ka hoʻomaka ʻana o ka wela nui)
Nā mea anode hilinaʻi.Hoʻomaka ka Li dendrite ma ka anode o LIB i ka pae mua o ka holo wela.ʻOiai ua hoʻohaʻahaʻa ʻia kēia pilikia ma nā anodes o nā LIB pāʻoihana (no ka laʻana, carbonaceous anodes), ʻaʻole i kāohi ʻia ka hoʻokumu ʻana o Li dendrite.No ka laʻana, ma nā LIB pāʻoihana, ʻoi aku ka maikaʻi o ka waiho ʻana o ka dendrite ma nā kihi electrode graphite inā ʻaʻole i hui maikaʻi ʻia nā anodes a me nā cathodes.Eia kekahi, hiki i nā kūlana hana kūpono ʻole o nā LIB ke hopena i ka waiho ʻana me Li me ka ulu dendrite.Ua ʻike maopopo ʻia e hiki ke hana maʻalahi ka dendrite inā hoʻopiʻi ʻia ka pākaukau (i) ma nā densities kiʻekiʻe o kēia manawa kahi i ʻoi aku ka wikiwiki o ka waiho ʻana o ka metala Li ma mua o ka hoʻopuehu ʻana o nā Li i loko o ka graphite nui;(ii) ma lalo o ka overcharging i ka wā e overlithiated ka graphite;a me (iii) ma nā wela haʻahaʻa [no ka laʻana, subambient temperature (~ 0°C)], ma muli o ka piʻi ʻana o ka viscosity o ka wai electrolyte a me ka piʻi ʻana o ka Li-ion diffusion resistance.
Mai ka manaʻo o nā waiwai waiwai, ʻo ke kumu kumu e hoʻoholo ai i ka hoʻomaka ʻana o ka ulu ʻana o Li dendrite ma ka anode ʻo ia ka SEI paʻa ʻole a nonuniform, kahi e hoʻohele like ʻole ai i kēia manawa.Ua noiʻi ʻia nā ʻāpana electrolyte, ʻoi aku ka nui o nā mea hoʻohui, e hoʻomaikaʻi i ka like ʻana o SEI a hoʻopau i ka hoʻokumu ʻana o Li dendrite.ʻO nā mea hoʻohui maʻamau nā pūhui inorganic [e laʻa, CO2, LiI, etc.] a me nā mea hoʻohui kino i loaʻa nā paʻa kalapona unsaturated e like me ka vinylene carbonate a me nā mea hoʻohui maleimide;nā molekole cyclic paʻa ʻole e like me butyrolactone , ethylene sulfite , a me kā lākou mau mea i loaʻa;a me nā pūhui fluorinated e like me ka fluoroethylene carbonate, a me nā mea ʻē aʻe.ʻOiai ma nā ʻāpana-per-miliona pae, hiki i kēia mau moleke ke hoʻomaikaʻi i ka morphology SEI, no laila homogenizing ka Li-ion flux a hoʻopau i ka hiki ke hoʻokumu ʻia ʻo Li dendrite.
ʻO ka holoʻokoʻa, aia nā paʻakikī Li dendrite i ka graphite a i ʻole carbonaceous anodes a me ka silicon/SiO i loaʻa nā anodes e hiki mai ana.ʻO ka hoʻoponopono ʻana i ka pilikia o ka ulu ʻana o Li dendrite he mea koʻikoʻi ia no ka hoʻololi ʻana i nā kemika Li-ion kiʻekiʻe ikaika i ka wā e hiki mai ana.Pono e hoʻomaopopo ʻia, i kēia mau lā, ua hoʻoikaika nui ʻia i ka hoʻoponopono ʻana i ka pilikia o ka hoʻokumu ʻana o Li dendrite i nā anodes metala Li maʻemaʻe ma o ka homogenizing ʻana o ka Li-ion flux i ka wā o Li deposition;no ka laʻana, ka uhi ʻana o ka papa pale , ʻenekinia SEI artificial, a me nā mea ʻē aʻe. Ma kēia ʻano, hiki i kekahi o nā ala ke hoʻomālamalama i ka hoʻoponopono ʻana i ka pilikia ma nā anodes carbonaceous ma LIB pū kekahi.
Multifunctional wai electrolytes a me nā mea hoʻokaʻawale.Hoʻokani ka wai electrolyte a me ka mea hoʻokaʻawale i nā hana koʻikoʻi i ka hoʻokaʻawale kino ʻana i ka cathode ikaika a me ka anode.No laila, hiki i nā electrolytes multifunctional i hoʻolālā maikaʻi ʻia a me nā mea hoʻokaʻawale ke pale nui i nā pila i ka wā mua o ka holo ʻana o ka wela o ka pākaukau (pae 1).
No ka pale ʻana i nā ʻenekini mai ka ʻoki ʻana i ka mīkini, ua loaʻa ka shear thickening liquid electrolyte e ka hoʻohui maʻalahi o ka silica fumed i ka carbonate electrolyte (1 M LiFP6 ma EC/DMC) .Ma ke kaomi mechanical a i ʻole ka hopena, hōʻike ka wai i ka hopena shear thickening me ka piʻi ʻana o ka viscosity, no laila e hoʻopau i ka ikehu hopena a hōʻike i ka hoʻomanawanui i ka ʻoki ʻana (Kii 3A)
Fig. 3 Nā hoʻolālā e hoʻoponopono i nā pilikia ma ka pae 1.
(A) ʻAi mānoanoa electrolyte.Kiʻekiʻe: No ka electrolyte maʻamau, hiki i ka hopena mechanical ke alakaʻi i ka pōkole o loko, e hoʻoulu ai i ke ahi a me nā pahū.Ma lalo: ʻO ka electrolyte akamai noʻonoʻo me ka hopena mānoanoa shear ma lalo o ke kaomi a i ʻole ka hopena e hōʻike ana i ka hoʻomanawanui maikaʻi loa i ka ʻoki ʻana, hiki ke hoʻomaikaʻi nui i ka palekana mechanical o nā pila.(B) Nā mea hoʻokaʻawale bifunctional no ka ʻike mua ʻana i nā dendrites lithium.ʻO ka hoʻokumu ʻana o Dendrite i loko o kahi pākahi lithium kuʻuna, kahi e ʻike ʻia ai ke komo piha ʻana o ka mea hoʻokaʻawale e kahi lithium dendrite i ka wā e pau ai ka pākaukau ma muli o kahi kaapuni pōkole kūloko.I ka hoʻohālikelike ʻana, kahi pākahi lithium me kahi mea hoʻokaʻawale bifunctional (ʻo ia kahi papa alakaʻi i hoʻopaʻa ʻia ma waena o ʻelua mau mea hoʻokaʻawale maʻamau), kahi e komo ai ka dendrite lithium i ka mea hoʻokaʻawale a hoʻopili me ka papa keleawe alakaʻi, e hopena i kahi hāʻule i loko.VʻO Cu−Li, ka mea i ʻōlelo ʻia no ka hiki ʻole mai o ka pōʻino ma muli o kahi kaapuni pōkole kūloko.Eia nō naʻe, hoʻomau pono ka pākaukau piha me ka hiki ʻole ʻole.Hoʻololi ʻia a hana hou ʻia (A) a me (B) me ka ʻae mai Springer Nature.(C) ʻO ka mea hoʻokaʻawale Trilayer e hoʻopau i nā dendrites Li weliweli a hoʻonui i ke ola pākaukau.Hema: Hiki i nā anodes lithium ke hana maʻalahi i nā waihona dendritic, hiki ke ulu nui a komo i ka mea hoʻokaʻawale polymer inert.Ke hoʻopili hope nā dendrites i ka cathode a me ka anode, ua pōkole ka pākaukau a hāʻule.ʻĀkau: Ua hoʻopili ʻia kahi papa o nā nanoparticles silica e nā ʻāpana ʻelua o nā mea hoʻokaʻawale polymer kalepa.No laila, i ka ulu ʻana o ka lithium dendrites a komo i ka mea hoʻokaʻawale, e hoʻopili lākou i nā nanoparticles silica i ka papa sandwiched a hoʻopau ʻia i ka electrochemically.(D) E nānā ana i ke kiʻi electron microscopy (SEM) o ka silica nanoparticle sandwiched separator.(E) Volta maʻamau e pili ana i ka ʻike manawa o kahi pākahiko Li/Li me kahi mea hoʻokaʻawale maʻamau (ka ʻulaʻula) a me ka silica nanoparticle sandwiched trilayer separator (nā ʻeleʻele ʻeleʻele) i hoʻāʻo ʻia ma lalo o nā kūlana like.Ua paʻi hou ʻia (C), (D), a me (E) me ka ʻae ʻia mai John Wiley a me Sons.(F) Hōʻike manaʻo o nā hana o nā mea hoʻohui redox shuttle.Ma ka ʻili cathode i hoʻonui ʻia, ua hoʻoheheʻe ʻia ka mea hoʻohui redox i ke ʻano [O], a laila e hoʻemi ʻia i kona kūlana kumu [R] ma ka ʻili o ka anode ma o ka hoʻopuehu ʻana ma o ka electrolyte.Hiki ke mālama mau ʻia ka pōʻaiapili electrochemical o ka oxidation-diffusion-reduction-diffusion a no laila e hoʻopaʻa i ka cathode mai ka overcharging pōʻino.(G) Nā hana kemika maʻamau o nā mea hoʻohui hou aku.(H) Mechanism of the shutdown overcharge additives that can electrochemically polymerize at high potentials.(I) Nā hana kemika maʻamau o nā mea hoʻohui hoʻonui pani.Hoʻopaʻa ʻia nā mana hana o nā mea hoʻohui ma lalo o kēlā me kēia molecular structure ma (G), (H), a me (I).
Hiki i nā mea hoʻokaʻawale ke hoʻopili uila i ka cathode a me ka anode a hoʻokani i kahi hana koʻikoʻi i ka nānā ʻana i ke kūlana olakino o kahi pākaukau ma kahi e pale ai i ka pōʻino hou ma mua o ka pae 1. No ka laʻana, kahi "bifunctional separator" me kahi hoʻonohonoho polymer-metal-polymer trilayerKii 3B) hiki ke hāʻawi i kahi hana ʻike voltage hou.Ke ulu ka dendrite a hiki i ka papa waena, e hoʻopili ʻo ia i ka papa metala a me ka anode i hiki ke ʻike koke ʻia ka hāʻule ʻana o ka uila ma waena o lākou ma ke ʻano he puka.
Ma waho aʻe o ka ʻike ʻana, ua hoʻolālā ʻia kahi mea hoʻokaʻawale trilayer e ʻai i nā dendrites Li a hoʻolohi i ko lākou ulu ʻana ma hope o ke komo ʻana i ka mea hoʻokaʻawale.He papa o nā nanoparticles silica, i hoʻopaʻa ʻia e ʻelua papa o nā mea hoʻokaʻawale polyolefin kalepa (Kiʻi 3, C a me D), hiki ke hoʻopau i nā Li dendrites weliweli, pēlā e hoʻomaikaʻi maikaʻi ai i ka palekana pākaukau.Ua hoʻonui nui ʻia ke ola o ka pākaukau i pale ʻia ma kahi o ʻelima mau manawa i hoʻohālikelike ʻia me kēlā me nā mea hoʻokaʻawale maʻamau (Kii 3E).
ʻO ka pale ʻana i ka overcharging.Ua wehewehe ʻia ka overcharging e like me ka hoʻouka ʻana i kahi pākaukau ma mua o kāna volta i hoʻolālā ʻia.Hiki ke hoʻoulu ʻia ka overcharging e nā kikoʻī kikoʻī kikoʻī kiʻekiʻe o kēia manawa, nā ʻaoʻao hoʻopiʻi hoʻouka ʻana, a me nā mea ʻē aʻe, hiki ke hoʻopuka i nā pilikia, me (i) ka waiho ʻana o ka metala Li ma ka anode, e hoʻopilikia nui i ka hana electrochemical a me ka palekana;(ii) ka decomposition o ka mea cathode, hoʻokuʻu i ka oxygen;a me (iii) decomposition o ka organic electrolyte, hoʻokuʻu i ka wela a me ke kinoea huahana (H2, hydrocarbons, CO, etc.), nona ke kuleana o ka mahuka wela .He paʻakikī nā hopena electrochemical i ka wā o ka decomposition, aia kekahi o ia mau mea ma lalo nei.
Hōʻike ka asterisk (*) i ka loaʻa ʻana o ke kinoea hydrogen mai ka protic, e waiho ana i nā pūʻulu i hana ʻia i ka wā o ka oxidation o nā carbonates ma ka cathode, a laila hoʻolaha i ka anode e hoʻemi ʻia a hoʻohua i ka H2.
Ma ke kumu o nā ʻokoʻa i kā lākou mau hana, hiki ke hoʻokaʻawale ʻia nā mea hoʻohui i ka overcharge e like me redox shuttle additives a me shutdown additives.Mālama ka mea mua i ka cell mai ka overcharge reversibly, aʻo ka mea hope e hoʻopau mau i ka hana kelepona.
Hana ʻia ka Redox shuttle additives ma ka electrochemically shunting i ka nui o ka uku i hoʻokomo ʻia i loko o ka pākaukau ke loaʻa ka overcharge.E like me ka mea i hoikeia maKii 3F, Hoʻokumu ʻia ka mīkini ma luna o kahi mea hoʻohui redox i loaʻa i ka hiki ke hoʻokahe haʻahaʻa haʻahaʻa ma mua o ka decomposition anodic electrolyte.Ma ka ʻili o ka cathode i kau nui ʻia, ua hoʻoneʻe ʻia ka mea hoʻohui redox i ke ʻano [O], a laila e hoʻemi ʻia i kona kūlana kumu [R] ma ka ʻili o ka anode ma hope o ka hoʻopuehu ʻana ma o ka electrolyte.Ma hope iho, hiki i ka mea hoʻohui hoʻemi ke hoʻopuʻi hou i ka cathode, a hiki ke mālama ʻia ka pōʻaiapili electrochemical o "oxidation-diffusion-reduction-diffusion" no ka manawa pau ʻole a no laila laka i ka hiki ke cathode mai ka hoʻonui ʻana i ka pōʻino.Ua hōʻike ʻia nā haʻawina e pili ana ka hiki redox o nā mea hoʻohui ma kahi o 0.3 a 0.4 V ma luna o ka hiki o ka cathode.
Ua hoʻomohala ʻia kahi pūʻulu o nā mea hoʻohui me nā hale kemika i hoʻopili maikaʻi ʻia a me nā hiki redox, e komo pū me organometallic metallocenes, phenothiazines, triphenylamines, dimethoxybenzenes a me kā lākou derivatives, a me 2-(pentafluorophenyl) -tetrafluoro-1,3,2-benzodioxaboroleKii 3G).Ma ka hana ʻana i nā hale molekala, hiki ke hoʻopaʻa ʻia nā mea hiki ke hoʻohui ʻia ma luna o 4 V, kūpono ia no ka hoʻomohala wikiwiki ʻana i nā mea cathode kiʻekiʻe a me nā electrolytes.ʻO ka loina hoʻolālā kumu e pili ana i ka hoʻohaʻahaʻa ʻana i ka orbital molecular kiʻekiʻe i noho ʻia o ka additive ma o ka hoʻohui ʻana i nā mea hoʻololi electron-withdrawing, e alakaʻi ana i ka piʻi ʻana o ka hiki ke hoʻokahe.Ma waho aʻe o nā mea hoʻohui organik, kekahi mau paʻakai inorganic, ʻaʻole hiki ke hana wale i ka paʻakai electrolyte akā hiki ke lawelawe ma ke ʻano he redox shuttle, e like me nā paʻakai cluster perfluoroborane [ʻo ia hoʻi, lithium fluorododecaborates (Li2B12F).xH12−x)], ua ʻike ʻia he mea hoʻohui hoʻohui redox shuttle maikaʻi.
ʻO nā mea hoʻohui hoʻopaʻa hoʻopaʻa paʻa he papa o nā mea hoʻohui palekana overcharge hiki ʻole ke hoʻololi.Hana lākou ma o ka hoʻokuʻu ʻana i ke kinoea i nā mea hiki ke kiʻekiʻe, ʻo ia hoʻi, e hoʻāla i kahi mea interrupter o kēia manawa, a i ʻole ma ka electrochemically polymerizing mau i nā mea kiʻekiʻe e hoʻopau i ka hana pākaukau ma mua o ka hiki ʻana o nā hopena pōʻino (Kii 3H).ʻO nā laʻana o ka mua he xylene , cyclohexylbenzene, a me biphenyl , aʻo nā laʻana o ka hope he biphenyl a me nā mea ʻala ʻē aʻe i pani ʻia (Kii 3I).ʻO nā hopena maikaʻi ʻole o nā mea hoʻohui pani ʻia ka hana lōʻihi a me ka hana mālama ʻana o nā LIB ma muli o ka hoʻololi ʻole ʻia o kēia mau pūhui.
No ka hoʻoponopono ʻana i nā pilikia ma ka pae 2 (ka ʻohi wela a me ke kaʻina hoʻokuʻu kinoea)
ʻO nā mea cathode hilinaʻi.Lithium transition metala oxides, e like me ka layered oxides LiCoO2, LiNiO2, a me LiMnO2;ka spinel-type oxide LiM2O4;a ʻo ka polyanion type LiFePO4, he mau mea cathode i hoʻohana nui ʻia, akā naʻe, loaʻa nā pilikia palekana ma kahi o nā wela kiʻekiʻe.Ma waena o lākou, palekana ka LiFePO4 i kūkulu ʻia olivine, a paʻa a hiki i 400 ° C, ʻoiai ʻo LiCoO2 e hoʻomaka ana e decompose ma 250 ° C.ʻO ke kumu o ka hoʻomaikaʻi ʻana i ka palekana o ka LiFePO4 ʻo ia ka hoʻokumu ʻana o nā ion oxygen āpau i nā paʻa covalent ikaika me ka P5+ e hoʻokumu i nā polyanions PO43− tetrahedral, e hoʻopaʻa i ke ʻano holoʻokoʻa ʻekolu-dimensional a hoʻomaikaʻi i ka hoʻohālikelike ʻia me nā mea cathode ʻē aʻe, ʻoiai aia nō. ua hōʻike ʻia kekahi mau pōʻino ahi pākaukau.ʻO ka manaʻo nui o ka palekana e puka mai ana mai ka decomposition o kēia mau mea cathode i nā mahana kiʻekiʻe a me ka hoʻokuʻu ʻana o ka oxygen i ka manawa like, hiki ke alakaʻi i ka puhi ʻana a me ka pahū ʻana, e hōʻemi nui ana i ka palekana pākaukau.No ka laʻana, ʻaʻole paʻa ke ʻano aniani o ka oxide LiNiO2 i hoʻopaʻa ʻia ma muli o ke ola ʻana o Ni2+, ua like ka nui o ka ionic me ko Li+.ʻO ka liʻiliʻi liʻiliʻixNiO2 (x< 1) e huli ana i ka LiNi2O4 (spinel) a me ka rocksalt-type NiO, me ka oxygen i hoʻokuʻu ʻia i loko o ka wai electrolyte ma kahi o 200°C, e alakaʻi ana i ka puhi electrolyte.
Ua hana ʻia nā hoʻoikaika nui e hoʻomaikaʻi i ke kūpaʻa wela o kēia mau mea cathode e ka atom doping a me nā uhi pale pale.
Hiki i ka Atom doping ke hoʻonui nui i ka paʻa wela o nā mea i hoʻopaʻa ʻia ma muli o ka hopena o nā hale aniani i hoʻopaʻa ʻia.Hiki ke hoʻomaikaʻi maikaʻi ʻia ke kūpaʻa wela o LiNiO2 a i ʻole Li1.05Mn1.95O4 e ka hoʻololi hapa o Ni a Mn me nā cations metala ʻē aʻe, e like me Co, Mn, Mg, a me Al.No LiCoO2, hiki i ka hoʻokomo ʻana i nā mea doping a me nā mea hoʻohui e like me Ni a me Mn hiki ke hoʻonui nui i ka wela o ka decomposition.Tdec, oiai e pale ana i na hana me ka electrolyte ma na wela kiekie.Eia nō naʻe, hiki mai ka piʻi ʻana o ka cathode thermal stability ma ke ʻano maʻamau me nā ʻālana i ka mana kikoʻī.No ka hoʻoponopono ʻana i kēia pilikia, ua hoʻomohala ʻia kahi mea cathode concentrate-gradient no nā pākahi lithium rechargeable e pili ana i kahi layered lithium nickel cobalt manganese oxide (Kii 4A).I loko o kēia mea, loaʻa i kēlā me kēia ʻāpana ka nui o ka Ni-waiwai nui a me ka Mn-waiwai o waho papa, me ka emi ʻana o ka neʻe ʻana o Ni a me ka hoʻonui ʻana i ka nui o Mn a me Co ke hoʻokokoke ʻia ka ʻili (Kii 4B).Hāʻawi ka mea mua i ka mana kiʻekiʻe, ʻoiai ka mea hope e hoʻomaikaʻi i ka paʻa wela.Ua hōʻike ʻia kēia mea cathode no ka hoʻomaikaʻi ʻana i ka palekana o nā pila me ka ʻole o ka hoʻokō ʻana i kā lākou hana electrochemical (Kii 4C).
Fig. 4 Nā hoʻolālā e hoʻoponopono i nā pilikia ma ka pae 2: nā cathodes hilinaʻi.
(A) Kiʻi kiʻi kiʻi o kahi ʻāpana electrode maikaʻi me kahi kumu waiwai ʻo Ni i hoʻopuni ʻia e kahi ʻāpana kūwaho-gradient.Loaʻa i kēlā me kēia ʻāpana kahi Ni-waiwai waena nui Li (Ni0.8Co0.1Mn0.1) O2 a me ka Mn-waiwai o waho papa [Li (Ni0.8Co0.1Mn0.1) O2] me ka emi ʻana o ka Ni a me ka hoʻonui ʻana i ka Mn a me Co. oiai e kokoke mai ana ka ili.Hāʻawi ka mea mua i ka mana kiʻekiʻe, ʻoiai ka mea hope e hoʻomaikaʻi i ka paʻa wela.Li(Ni0.68Co0.18Mn0.18)O2 ka awelika haku mele.Hōʻike ʻia kekahi micrograph electron scanning o kahi ʻāpana maʻamau ma ka ʻākau.(B) Electron-probe x-ray microanalysis hopena o ka lithiated oxide Li(Ni0.64Co0.18Mn0.18)O2 hope loa.ʻIke ʻia ka hoʻololi mālie ʻana o Ni, Mn, a me Co i ka interlayer.Ke emi nei ka hoʻopaʻa ʻana o Ni, a piʻi ka Co a me Mn i ka ʻili.(C) Okoa scanning calorimetry (DSC) meheu e hoike ana i ka wela kahe mai ka hopena o ka electrolyte me ka noonoo-gradient mea Li(Ni0.64Co0.18Mn0.18)O2, ka Ni-waiwai waena mea Li(Ni0.8Co0.1Mn0. 1)O2, a me ka Mn-waiwai waho papa [Li(Ni0.46Co0.23Mn0.31)O2].Ua hoʻoili ʻia nā mea i 4.3 V. (A), (B), a me (C) me ka ʻae ʻia mai Springer Nature.(D) Hema: Transmission electron microscopy (TEM) bright-field kiʻi o ka AlPO4 nanoparticle-coated LiCoO2;ikehu dispersive x-ray spectrometry e hōʻoia i nā mea Al a me P i loko o ka papa uhi.ʻĀkau: ʻO ke kiʻi TEM hoʻonā kiʻekiʻe e hōʻike ana i nā nanoparticles AlPO4 (~ 3 nm ke anawaena) i ka papa uhi uhi nanoscale;hōʻike nā pua i ka pilina ma waena o ka papa AlPO4 a me LiCoO2.(E) Hema: He kiʻi o ke kelepona i loaʻa ka LiCoO2 cathode ma hope o ka hoʻāʻo ʻana i ka hoʻonui ʻana o 12-V.Ua puhi a pahū ke kelepona i kēlā voltage.ʻĀkau: He kiʻi o ke kelepona i loaʻa ka AlPO4 nanoparticle-coated LiCoO2 ma hope o ka hoʻāʻo ʻana i ka hoʻonui ʻana o 12-V.Ua paʻi hou ʻia (D) a me (E) me ka ʻae mai John Wiley a me Sons.
ʻO kekahi hoʻolālā e hoʻomaikaʻi ai i ka paʻa wela, ʻo ia ka uhi ʻana i ka mea cathode me kahi ʻāpana lahilahi pale o ka thermally stable Li + conducting compound, hiki ke pale i ka hoʻopili pololei ʻana o nā mea cathode me ka electrolyte a pēlā e hoʻemi ai i nā hopena ʻaoʻao a me ka hana wela.Hiki i nā uhi ke lilo i nā kiʻiʻoniʻoni inorganic [no ka laʻana, ZnO, Al2O3, AlPO4, AlF3, etc.], hiki ke alakaʻi i nā liona Li ma hope o ka lithiated (Fig. 4, D a me E), aiʻole nā kiʻiʻoniʻoni kūlohelohe, e like me ka poly(diallyldimethylammonium chloride), nā kiʻi pale i hana ʻia e nā mea hoʻohui γ-butyrolactone, a me nā mea hoʻohui multicomponent (ʻo ia ka vinylene carbonate, 1,3-propylene sulfite, a me dimethylacetamide).
ʻO ka hoʻokomo ʻana i kahi uhi me kahi koena wela maikaʻi no ka hoʻonui ʻana i ka palekana cathode.No ka laʻana, hiki i ka poly(3-decylthiophene)–coated LiCoO2 cathodes ke pani i nā hopena electrochemical a me nā ʻaoʻao ʻaoʻao ke piʻi ka mahana a hiki i>80°C, no ka mea hiki i ka papa polimer conductive ke hoʻololi wikiwiki i kahi kūlana kū'ē loa.Hiki ke hoʻohana ʻia nā uhi o nā oligomers i hoʻopau iā ia iho me ka hoʻolālā lālā hyper-branched ma ke ʻano he papa pale pale thermally e pani i ka pākaukau mai ka ʻaoʻao cathode.
ʻOhi o kēia manawa hiki ke hoʻololi wela.ʻO ka hoʻopaʻa ʻana i nā hopena electrochemical i ka piʻi ʻana o ka mahana o ka pākaukau ma ka pae 2 hiki ke pale pono i ka piʻi ʻana o ka mahana.Ua hoʻokomo ʻia kahi hoʻololi polymer thermoresponsive wikiwiki a hoʻihoʻi ʻia (TRPS) i loko o ka ʻohi o kēia manawa (Kii 5A).ʻO ke kiʻi ʻoniʻoni ʻoniʻoni TRPS i loko o ka conductive graphene-coated spiky nanostructured nickel (GrNi) particles like me ka conductive filler a me kahi matrix PE me kahi mea hoʻonui wela wela (α ~ 10−4 K−1).ʻO nā kiʻiʻoniʻoni polymer composite as-fabricated e hōʻike ana i ka conductivity kiʻekiʻe (σ) ma ke ana wela, akā ke hoʻokokoke ka mahana i ka mahana hoʻololi (Ts), emi ka conductivity i loko o 1 s e ʻehiku a ʻewalu mau kauoha o ka nui ma muli o ka hoʻonui ʻia ʻana o ka leo polymer, e hoʻokaʻawale i nā ʻāpana conductive a wāwahi i nā ala conductive (Kii 5B).Lilo koke ke kiʻiʻoniʻoni i insulating a pēlā e hoʻopau ai i ka hana pākaukau (Kii 5C).Hiki ke hoʻohuli ʻia kēia kaʻina hana a hiki ke hana ma hope o nā hanana overheating he nui me ka ʻole o ka hoʻokō ʻana i ka hana.
Fig. 5 Nā hoʻolālā e hoʻoponopono i nā pilikia ma ka pae 2.
(A) Hōʻike hoʻohālike o ka mīkini hoʻololi wela o ka ʻohi TRPS o kēia manawa.Hoʻokahi a ʻelua mau mea ʻohi o kēia manawa i uhi ʻia me kahi ʻāpana TRPS lahilahi.Hoʻohana maʻamau ia ma ka lumi wela.Eia nō naʻe, i ka hihia o ka wela kiʻekiʻe a i ʻole ka nui o kēia manawa, hoʻonui ka polymer matrix, no laila e hoʻokaʻawale i nā ʻāpana conductive, hiki ke hoʻemi i kona conductivity, hoʻonui nui i kona kūʻē ʻana a pani i ka pā.Hiki ke pale ʻia ke ʻano o ka pākaukau me ka ʻole o ka pōʻino.I ka hoʻoluʻu ʻana, emi ka polymer a loaʻa hou nā ala conductive kumu.(B) Hoʻololi i ka resistivity o nā kiʻi TRPS likeʻole ma keʻano he hana o ka mahana, me ka PE / GrNi me nā ukana GrNi likeʻole a me ka PP / GrNi me ka 30% (v / v) hoʻouka o GrNi.(C) Hōʻuluʻulu manaʻo o ke kaʻa uila LiCoO2 palekana ma waena o 25°C a pani.ʻO ka mana kokoke-zero ma 70°C e hōʻike ana i ka pani piha.Hoʻopuka hou ʻia (A), (B), a me (C) me ka ʻae mai Springer Nature.(D) Hōʻike hoʻolālā o ka manaʻo pani pani microsphere no nā LIB.Hoʻohana ʻia nā electrodes me nā microspheres thermoresponsive, ma luna o ka wela o ka pākaukau koʻikoʻi, e hoʻololi i ka wela (melt).Hoʻopili nā capsules i hoʻoheheʻe ʻia i ka ʻili electrode, e hana ana i kahi pale ionically insulating a hoʻopaʻa i ke kelepona pākaukau.(E) Ua hoʻomākaukau ʻia kahi membrane composite inorganic lahilahi a kū ponoʻī me 94% alumina a me 6% styrene-butadiene rubber (SBR) i hoʻomākaukau ʻia e ke ʻano hoʻoheheʻe ʻana.ʻĀkau: Nā kiʻi e hōʻike ana i ke kūpaʻa wela o ka mea hoʻokaʻawale hui ʻole a me ka mea hoʻokaʻawale PE.Hoʻopaʻa ʻia nā mea hoʻokaʻawale ma 130 ° C no 40 min.Ua emi nui ka PE mai kahi me ka huina kiko.Akā naʻe, ʻaʻole i hōʻike ka mea hoʻokaʻawale hui i ka emi ʻana.Hoʻopuka hou ʻia me ka ʻae mai Elsevier.(F) ʻO ke ʻano molekala o kekahi mau polymers wela hoʻoheheʻe kiʻekiʻe ma ke ʻano he mea hoʻokaʻawale me ka emi ʻana o ka wela haʻahaʻa.ʻO luna: polyimide (PI).Waena: cellulose.Ma lalo: poly(butylene) terephthalate.(G) Hema: Hoʻohālikelike o ka DSC spectra o ka PI me ka mea hoʻokaʻawale PE a me PP;hōʻike ka mea hoʻokaʻawale PI i ke kūpaʻa wela maikaʻi loa ma ka pae wela mai 30 ° a 275 ° C.ʻĀkau: Nā kiʻi pahupaʻikiʻi kikohoʻe e hoʻohālikelike ana i ka hikiwawe o ka mea hoʻokaʻawale pāʻoihana a me ka mea hoʻokaʻawale PI as-synthesized me kahi propylene carbonate electrolyte.Hoʻopuka hou ʻia me ka ʻae mai ka American Chemical Society.
Nā mea hoʻokaʻawale wela wela.ʻO kahi hoʻolālā ʻē aʻe e pale aku i nā pila mai ka holo ʻana i ka wela i ka wā o ka pae 2 ʻo ia ka pani ʻana i ke ala hoʻokele o nā Li ion ma o ka mea hoʻokaʻawale.ʻO nā mea hoʻokaʻawale nā mea koʻikoʻi no ka palekana o nā LIB, ʻoiai lākou e pale aku i ka hoʻopili uila pololei ma waena o ka cathode kiʻekiʻe a me nā mea anode i ka wā e ʻae ana i ka lawe ʻana i ka ionic.ʻO PP a me PE ka mea maʻamau i hoʻohana ʻia, akā ʻoi aku ka maikaʻi o ka thermal stability, me nā helu heheʻe o ~ 165 ° a me ~ 135 ° C, kēlā me kēia.No ka LIB pāʻoihana, ua hoʻolaha mua ʻia nā mea hoʻokaʻawale me kahi papa trilayer PP/PE/PP, kahi ʻo PE he papa waena pale.Ke piʻi aʻe ka mahana o loko o ka pākaukau ma luna o kahi mahana koʻikoʻi (~ 130 ° C), hoʻoheheʻe ʻia ka papa porous PE, e pani ana i nā pores kiʻiʻoniʻoni a pale i ka neʻe ʻana o nā ion i loko o ka wai electrolyte, ʻoiai ʻo ka papa PP e hāʻawi i ke kākoʻo mechanical e pale aku i loko. pōkole .ʻO kahi ʻē aʻe, hiki ke hoʻokō ʻia me ka hoʻohana ʻana i ka thermoresponsive PE a i ʻole ka paraffin wax microspheres ma ke ʻano he pale pale o nā anodes pākaukau a i ʻole nā mea hoʻokaʻawale.Ke piʻi ka wela o ka pākaukau o loko i kahi waiwai koʻikoʻi, hoʻoheheʻe nā microspheres a uhi i ka anode/separator me kahi pale nonpermeable, hoʻōki i ka lawe ʻana i ka Li-ion a pani i ke kelepona mau loa (5D).
Nā mea hoʻokaʻawale me ke kūpaʻa wela kiʻekiʻe.No ka hoʻomaikaʻi ʻana i ke kūpaʻa wela o nā mea hoʻokaʻawale pākaukau, ua hoʻomohala ʻia nā ala ʻelua i nā makahiki i hala iho nei:
(1) ʻO nā mea hoʻokaʻawale i hoʻonui ʻia i ka seramika, i hana ʻia e ka uhi pololei a i ʻole ka ulu ʻana ma luna o ka ʻili o nā papa seramika e like me SiO2 a me Al2O3 ma luna o nā papa hoʻokaʻawale polyolefin i loaʻa a i ʻole ma ka hoʻokomo ʻia ʻana o nā pauka seramika i loko o nā mea polymeric (Kii 5E), e hōʻike i nā helu heheʻe kiʻekiʻe loa a me ka ikaika mechanical kiʻekiʻe a loaʻa pū kekahi kiʻekiʻe o ka thermal conductivity.Ua kūʻai kūʻai ʻia kekahi mau mea hoʻokaʻawale i haku ʻia ma o kēia hoʻolālā, e like me Separion (he inoa kālepa).
(2) ʻO ka hoʻololi ʻana i nā mea hoʻokaʻawale mai ka polyolefin i nā polymers wela hoʻoheheʻe kiʻekiʻe me ka haʻahaʻa haʻahaʻa i ka hoʻomehana ʻana, e like me ka polyimide, cellulose, poly(butylene) terephthalate, a me nā poly(esters) like ʻole, he hoʻolālā maikaʻi ʻē aʻe no ka hoʻomaikaʻi ʻana i ka paʻa wela. o nā mea hoʻokaʻawale (Kii 5F).No ka laʻana, ʻo ka polyimide kahi polymer thermosetting i manaʻo nui ʻia ma ke ʻano he mea hoʻohiki maikaʻi loa ma muli o kona kūpaʻa wela maikaʻi loa (kū paʻa ma luna o 400°C), kūpaʻa kemika maikaʻi, ikaika tensile kiʻekiʻe, pulu electrolyte maikaʻi, a me ke ahi retardancy (Kii 5G).
ʻO nā pūʻolo pākahi me ka hana hoʻoluʻu.Ua hoʻohana ʻia nā ʻōnaehana hoʻokele wela o ka mīkini i hiki i ke kaʻa ʻana o ka ea a i ʻole ka hoʻoluʻu wai no ka hoʻomaikaʻi ʻana i ka hana pākaukau a hoʻolohi i ka piʻi ʻana o ka mahana.Eia kekahi, ua hoʻohui ʻia nā mea hoʻololi ʻāpana e like me ka paraffin wax i loko o nā pā pākaukau e hana e like me ka wela e hoʻoponopono ai i ko lākou wela, no laila e pale aku i ka hōʻino ʻana i ka wela.
No ka hoʻoponopono ʻana i nā pilikia ma ka pae 3 (ke ahi a me ka pahū)
ʻO ka wela, ka oxygen, a me ka wahie, i kapa ʻia ʻo "fire triangle," nā mea pono no ka hapa nui o nā ahi.Me ka hōʻiliʻili ʻana o ka wela a me ka oxygen i hana ʻia ma ka pae 1 a me 2, e hoʻomaka koke ka wahie (ʻo ia hoʻi, nā electrolytes hiki ke puhi ʻia).ʻO ka hōʻemi ʻana i ka flammability o nā mea hoʻoheheʻe electrolyte he mea nui ia no ka palekana o ka pākaukau a me nā noi nui nui o LIB.
Pākuʻi-pale ahi.Ua hāʻawi ʻia nā hana noiʻi nui i ka hoʻomohala ʻana i nā mea hoʻohui ahi-retardant e hoʻohaʻahaʻa i ka flammability o nā electrolytes wai.ʻO ka hapa nui o nā mea hoʻohui ahi-retardant i hoʻohana ʻia i nā electrolytes wai e hoʻokumu ʻia i nā pūhui phosphorus organik a i ʻole nā mea halogenated organik.Ma muli o ka pōʻino o nā halogens i ke kaiapuni a me ke olakino kanaka, ʻoi aku ka maikaʻi o nā pūhui phosphorus organik i nā moho ma ke ʻano he mau mea hoʻohui ahi ma muli o ko lākou hiki ke hoʻopaʻa i ka lapalapa ahi a me ke aloha kaiapuni.ʻO nā pūhui phosphorus organik maʻamau he trimethyl phosphate, triphenyl phosphate, bis(2-methoxyethoxy)methylallylphosphonate, tris(2,2,2-trifluoroethyl) phosphite, (ethoxy)pentafluorocyclotriphosphazene, ethylene ethyl phosphate, etc.Kii 6A).ʻO ka mīkini no ka hopena o ka lapalapa ahi o kēia mau pūhui phosphorus i manaʻo nui ʻia he kaʻina hana radical-scavenging kemika.I ka wā o ka puhi ʻana, hiki ke hoʻoheheʻe ʻia nā molekala i loaʻa i ka phosphorus i nā ʻano free-radical free-phosphorus, a laila hiki ke hoʻopau i nā radical (e laʻa, H a me OH radicals) i hana ʻia i ka hoʻolaha ʻana o ke kaulahao i kuleana no ka hoʻomau mau ʻana (Fig. 6, B a me C).ʻO ka mea pōʻino, ʻo ka hōʻemi ʻana i ka flammability me ka hoʻohui ʻana o kēia mau mea hoʻopaʻa ahi i loko o ka phosphorus e hele mai ana ma ka lilo o ka hana electrochemical.No ka hoʻomaikaʻi ʻana i kēia kālepa-off, ua hana nā mea noiʻi ʻē aʻe i kekahi mau hoʻololi i ko lākou ʻano molekala: (i) hiki i ka fluorination hapa o nā alkyl phosphates ke hoʻomaikaʻi i ko lākou kūpaʻa reductive a me ka maikaʻi o ka hiki ʻana o ka lapalapa ahi;(ii) ka hoʻohana ʻana i nā pūhui i loaʻa nā waiwai pale kiʻiʻoniʻoni a me nā mea hoʻopale ahi, e like me ka bis(2-methoxyethoxy)methylallylphosphonate, kahi e hiki ai i nā hui allylic ke polymerize a hana i kahi kiʻiʻoniʻoni SEI paʻa ma nā ʻaoʻao graphite, pēlā e pale pono ai i ka ʻaoʻao pōʻino. nā pane;(iii) hoʻololi i ka P(V) phosphate i ka P(III) phosphites, ka mea e maʻalahi i ka hoʻokumu ʻana o SEI a hiki ke hoʻopau i ka PF5 pōʻino [no ka laʻana, tris(2,2,2-trifluoroethyl) phosphite];a (iv) hoʻololi i nā mea hoʻohui organophosphorus me nā cyclic phosphazenes, ʻoi aku ka fluorinated cyclophosphazene, i hoʻonui i ka hoʻohālikelike electrochemical.
Fig. 6 Nā hoʻolālā e hoʻoponopono i nā pilikia ma ka pae 3.
(A) Nā hale molekala maʻamau o nā mea hoʻohui ahi-retardant.(B) ʻO ka mīkini no ka hopena o ka lapalapa ahi o kēia mau pūhui phosphorus ka mea maʻamau i manaʻo ʻia he kaʻina hana radical-scavenging kemika, hiki ke hoʻopau i nā hopena kaulahao radical e pili ana i ka hopena o ka puhi ʻana i ka pae kinoea.TPP, triphenyl phosphate.(C) Hiki ke hoʻemi nui ʻia ka manawa hoʻopau iho (SET) o ka carbonate electrolyte maʻamau me ka hoʻohui ʻana o ka triphenyl phosphate.(D) Hoʻolālā o ka mea hoʻokaʻawale electrospun "akamai" me nā waiwai pale wela wela no nā LIB.ʻO ka mea hoʻokaʻawale kūʻokoʻa i haku ʻia me nā microfibers me kahi ʻano kumu-shell, kahi e pale ai ke ahi ke kumu a ʻo ka polymer ka pūpū.Ma ka hoʻoulu ʻana i ka wela, heheʻe ka pūpū polymer a laila hoʻokuʻu ʻia ka encapsulated flame retardant i loko o ka electrolyte, pēlā e hoʻopau pono ai i ka ʻā a me ke ahi o nā electrolytes.(E) Hōʻike maopopo ke kiʻi SEM o nā microfibers TPP@PVDF-HFP ma hope o ke kālai ʻia ʻana i ko lākou ʻano kumu-pū.ʻO ka pā unahi, 5 μm.(F) Nā hana molekala maʻamau o ka wai ionic wela i hoʻohana ʻia e like me nā electrolytes nonflammable no nā LIB.(G) ʻO ke ʻano molekala o PFPE, kahi analog PEO nonflammable perfluorinated.Hoʻololi ʻia nā pūʻulu methyl carbonate ʻelua ma nā hope o nā kaulahao polymer e hōʻoia i ka hoʻohālikelike ʻana o nā molekala me nā ʻōnaehana pākaukau o kēia manawa.
Pono e hoʻomaopopo ʻia aia mau ke kūʻai aku ma waena o ka hoʻemi ʻana o ka flammability o ka electrolyte a me ka hana kelepona no nā mea hoʻohui i helu ʻia, ʻoiai ua hoʻomaikaʻi ʻia kēia kuʻikahi ma o nā hoʻolālā molekala ma luna.ʻO kekahi hoʻolālā i manaʻo ʻia no ka hoʻoponopono ʻana i kēia pilikia, ʻo ia ka hoʻokomo ʻana i ka lapalapa ahi i loko o ka pūpū polymer pale o nā microfibers, i hoʻopaʻa hou ʻia e hana i kahi mea hoʻokaʻawale nonwoven (Kii 6D).Ua hana ʻia kahi mea hoʻokaʻawale microfiber electrospun nonwoven me nā waiwai pale ahi i hoʻoulu ʻia i ka wela no nā LIB.ʻO ka hoʻopili ʻana o ka lapalapa ahi i loko o ka pūpū polymer pale e pale i ka hōʻike pololei ʻana o ka lapalapa ahi i ka electrolyte, e pale ana i nā hopena maikaʻi ʻole mai nā retardants i ka hana electrochemical o ka pā (Kii 6E).Eia naʻe, inā holo ka wela o ka pākaukau LIB, e heheʻe ka pūpū poly(vinylidenefluoride-hexafluoro propylene) copolymer (PVDF-HFP) i ka piʻi ʻana o ka mahana.A laila e hoʻokuʻu ʻia ka encapsulated triphenyl phosphate flame retardant i loko o ka electrolyte, pēlā e hoʻopau pono ai i ka puhi ʻana o nā electrolytes hiki ke wela loa.
Ua kūkulu pū ʻia kahi manaʻo "electrolyte paʻakai" e hoʻonā i kēia pilikia.Loaʻa i kēia mau electrolytes organik kinai ahi no nā ʻanuʻu rechargeable ʻo LiN(SO2F)2 ma ke ʻano he paʻakai a me kahi mea pale ahi kaulana o trimethyl phosphate (TMP) ma ke ʻano he mea hoʻokahi.He mea koʻikoʻi ka hoʻokumu ʻana o kahi SEI inorganic ikaika i loaʻa i ka paʻakai ma ka anode no ka hana electrochemical paʻa.Hiki ke hoʻonui ʻia kēia hoʻolālā noʻonoʻo i nā mea pale ahi ʻē aʻe a hiki ke wehe i kahi ala hou no ka hoʻomohala ʻana i nā mea hoʻoheheʻe ahi hou no nā LIB palekana.
ʻO nā electrolytes wai hiki ʻole ke puhi ʻia.ʻO kahi hopena hope loa i nā pilikia palekana o ka electrolyte e hoʻomohala i nā electrolytes intrinsically nonflammable.ʻO kekahi pūʻulu o nā electrolytes nonflammable i aʻo nui ʻia ʻo ia ka wai ionic, ʻoi aku ka nui o nā wai ionic wela o ka lumi, he nonvolatile (ʻaʻole ʻike ʻia ke kaomi mahu ma lalo o 200°C) a me ka nonflammable a me ka puka aniani ākea (Kii 6F).Eia nō naʻe, koi ʻia ka noiʻi hoʻomau e hoʻoponopono i nā pilikia o ka haʻahaʻa haʻahaʻa e kū mai ana mai ko lākou viscosity kiʻekiʻe, helu liʻiliʻi liʻiliʻi Li, cathodic a i ʻole reductive instability, a me ke kumukūʻai kiʻekiʻe o nā wai ionic.
Low-molecular kaumaha hydrofluoroethers kekahi papa o nonflammable wai electrolytes ma muli o ko lakou kiʻekiʻe a i ole ole flash point, nonflammability, haʻahaʻa ili haʻahaʻa, haʻahaʻa viscosity, haʻahaʻa hau hau, etc.Pono e hana ʻia ka hoʻolālā molekala kūpono e hoʻololi i kā lākou mau waiwai kemika e hoʻokō i nā koina o nā electrolytes pākaukau.ʻO kahi hiʻohiʻona hoihoi i hōʻike ʻia i kēia manawa ʻo perfluoropolyether (PFPE), kahi analog perfluorinated polyethylene oxide (PEO) i ʻike nui ʻia no kona nonflammability (Kii 6G).Hoʻololi ʻia nā pūʻulu methyl carbonate ʻelua ma nā pūʻulu hope o nā kaulahao PFPE (PFPE-DMC) e hōʻoia i ka hoʻohālikelike ʻana o nā molekala me nā ʻōnaehana pākaukau o kēia manawa.No laila, hiki i ka nonflammability a me ka thermal stability o nā PFPE ke hoʻomaikaʻi i ka palekana o nā LIB me ka hoʻonui ʻana i ka helu hoʻololi electrolyte ma muli o ka hoʻolālā ʻano molecular structure.
ʻO ka pae 3 ka pae hope akā koʻikoʻi no ke kaʻina holo wela.Pono e hoʻomaopopo ʻia ʻoiai ua hoʻoikaika nui ʻia i ka hoʻohaʻahaʻa ʻana i ka flammability o ka wai electrolyte hou, ʻo ka hoʻohana ʻana i nā electrolytes solid-state i nonvolatile e hōʻike i ka ʻōlelo hoʻohiki nui.Hāʻule nā electrolytes paʻa i ʻelua mau ʻāpana: inorganic ceramic electrolytes [sulfides, oxides, nitrides, phosphates, etc.] a me nā electrolytes polymer paʻa [hui ʻia o nā paʻakai Li me nā polymers, e like me ka poly(ethylene oxide), polyacrylonitrile, etc.] .ʻAʻole e kikoʻī ʻia nā hoʻoikaika ʻana e hoʻomaikaʻi i nā electrolytes paʻa ma ʻaneʻi, no ka mea, ua hōʻuluʻulu maikaʻi ʻia kēia kumuhana i nā loiloi hou.
KANAKA
I ka wā ma mua, ua hoʻomohala ʻia nā mea hou he nui no ka hoʻomaikaʻi ʻana i ka palekana o ka pākaukau, ʻoiai ʻaʻole i hoʻopau ʻia ka pilikia.Eia kekahi, ʻokoʻa nā ʻano hana e pili ana i ka palekana no kēlā me kēia kemika pākaukau.No laila, pono e hoʻolālā ʻia nā mea kikoʻī i hana ʻia no nā ʻokoʻa ʻokoʻa.Manaʻo mākou ʻoi aku ka maikaʻi o nā ʻano hana a me nā mea i hoʻolālā maikaʻi ʻia e ʻike ʻia.Ma ʻaneʻi, papa inoa mākou i kekahi mau kuhikuhi no ka noiʻi palekana pākaukau e hiki mai ana.
ʻO ka mea mua, he mea nui e hoʻomohala i loko a i ʻole i nā ʻano operando e ʻike a nānā i nā kūlana olakino kūloko o LIB.No ka laʻana, pili pili loa ke kaʻina holo ʻana me ka wela o loko a i ʻole ka piʻi ʻana o ke kaomi i loko o nā LIB.Eia nō naʻe, ʻoi aku ka paʻakikī o ka hāʻawi ʻana i ka wela i loko o nā pā, a pono nā ala e nānā pono i nā waiwai no nā electrolytes a me nā electrodes, a me nā mea hoʻokaʻawale.No laila, ʻo ka hiki ke ana i kēia mau ʻāpana no nā ʻāpana like ʻole he mea koʻikoʻi no ka ʻike ʻana a pēlā e pale ai i nā pōʻino palekana.
He mea koʻikoʻi ka paʻa wela o nā mea hoʻokaʻawale no ka palekana o ka pākaukau.ʻO nā polymers hou i hoʻomohala ʻia me nā helu heheʻe kiʻekiʻe e kūpono i ka hoʻonui ʻana i ka paʻa wela o ka mea hoʻokaʻawale.Eia nō naʻe, ʻoi aku ka haʻahaʻa o kā lākou mau waiwai mechanical, e hōʻemi nui ana i kā lākou hana i ka wā o ka hui ʻana o ka pākaukau.Eia kekahi, ʻo ke kumukūʻai kekahi mea koʻikoʻi e noʻonoʻo ʻia no nā noi kūpono.
ʻO ka hoʻomohala ʻana i nā electrolytes paʻa ka hopena hope loa no nā pilikia palekana o LIB.ʻO ka electrolyte paʻa e hōʻemi nui i ka hiki ke hoʻopōkole i loko o ka pākaukau, me ka hopena o ke ahi a me nā pahū.ʻOiai ua hoʻoikaika nui ʻia i ka holomua o nā electrolytes paʻa, ke hoʻomau nei kā lākou hana ma hope o nā electrolytes wai.Hōʻike nā composites o inorganic a me polymer electrolytes i ka mana nui, akā pono lākou i ka hoʻolālā a me ka hoʻomākaukau.Manaʻo mākou he mea koʻikoʻi ka hoʻolālā kūpono o nā pilina inorganic-polymer a me ka ʻenekinia o kā lākou alignment no ka lawe Li-ion maikaʻi.
Pono e hoʻomaopopo ʻia ʻaʻole ʻo ka wai electrolyte wale nō ka mea pākaukau i hiki ke puhi ʻia.No ka laʻana, i ka wā e uku nui ʻia ai nā LIB, ʻo nā mea anode lithiated combustible (no ka laʻana, lithiated graphite) kekahi mea palekana nui.ʻO nā mea pale ahi hiki ke hoʻopaneʻe maikaʻi i ke ahi o nā mea paʻa paʻa ke koi nui ʻia e hoʻonui i ko lākou palekana.Hiki ke hui pū ʻia nā mea pale ahi me ka graphite ma ke ʻano o nā mea hoʻopaʻa polymer a i ʻole nā papa hana conductive.
He pilikia paʻakikī a paʻakikī ka palekana o ka pākaukau.ʻO ka wā e hiki mai ana o ka palekana pākaukau e koi aku i nā hana hou aʻe i nā haʻawina mechanistic kumu no ka hoʻomaopopo hohonu ʻana i ka hoʻohui ʻana i nā ʻano hiʻohiʻona kiʻekiʻe, hiki ke hāʻawi i nā ʻike hou aʻe e alakaʻi i ka hoʻolālā ʻana i nā mea.ʻOiai ke nānā nei kēia loiloi i ka palekana o ka pae waiwai, pono e hoʻomaopopo ʻia he pono ke ala holoʻokoʻa no ka hoʻoponopono ʻana i ka pilikia palekana o LIBs, kahi o nā mea waiwai, nā ʻāpana cell a me ke ʻano, a me nā ʻāpana pākahi a me nā ʻeke e pāʻani i nā kuleana like e hiki ai ke hilinaʻi ʻia nā pākahi ma mua. Hoʻokuʻu ʻia lākou i ka mākeke.
OLELO HOOLAHA
Kai Liu, Yayuan Liu, DingchangLin, Allen Pei, Yi Cui, Nā lako no ka palekana pākaukau lithium-ion, ScienceAdvances, DOI:10.1126/sciadv.aas9820
Ka manawa hoʻouna: Jun-05-2021
