Veqetî
Pîlên Lithium-ion (LIB) wekî yek ji teknolojiyên hilanîna enerjiyê yên herî girîng têne hesibandin.Her ku zencîreya enerjiyê ya bataryayê zêde dibe, ger enerjî bi bêbextî were berdan ewlehiya bataryayê hîn krîtîktir dibe.Qezayên ku bi şewat û teqînên LIB-an ve girêdayî ne li seranserê cîhanê pir caran diqewimin.Hin bûne sedema metirsiyên ciddî li ser jiyan û tenduristiya mirovan û bûne sedema vekêşana gelek hilberan ji hêla hilberîneran ve.Van bûyeran bi bîr tîne ku ewlekarî ji bo bataryayên şertek e, û pêdivî ye ku pirsgirêkên cidî berî serîlêdana pêşerojê ya pergalên bataryayê yên bi enerjiya bilind werin çareser kirin.Vê Vekolînê armanc dike ku bingehên bingehîn ên pirsgirêkên ewlehiya LIB kurt bike û pêşkeftina sereke ya vê dawiyê di sêwirana materyalan de ronî bike da ku ewlehiya LIB baştir bike.Em pêşbînî dikin ku ev Vekolîn dê di ewlehiya bataryayê de, nemaze ji bo LIB-ên derketine yên bi dendika enerjiyê ya bilind, çêtirbûnek din teşwîq bike.
ORÎGÎNÊN Pirsgirêkên Ewlekariya LIB
Elektrolîta şilavê ya organîk a di hundurê LIB-an de bi xweber şewatbar e.Yek ji têkçûnên herî felaket ên pergalek LIB-ê bûyera revîna germî ya kaskadî ye, ku sedema sereke ya fikarên ewlehiya bataryayê tê hesibandin.Bi gelemperî, dema ku reaksiyonek exotermîk ji kontrolê derdikeve, revya germî çêdibe.Her ku germahiya pîlê ji ~80°C rabe, rêjeya reaksiyona kîmyewî ya biyanî ya di hundurê bataryayê de zêde dibe û hucreyê hê bêtir germ dike, di encamê de çerxek bertekek erênî çêdibe.Germahiya ku bi domdarî zêde dibe dibe sedema şewat û teqînan, nemaze ji bo pakêtên mezin ên bataryayê.Ji ber vê yekê, têgihîştina sedem û pêvajoyên dûrbûna germî dikare sêwirana materyalên fonksiyonel rêve bike da ku ewlehî û pêbaweriya LIB-an baştir bike.Pêvajoya revîna termal dikare li sê qonaxan were dabeş kirin, wekî ku di nav de hatî kurt kirinjimar 1.
Fig. 1 Sê qonax ji bo pêvajoya revîna termal.
Qonaxa 1: Destpêka germbûna zêde.Pîl ji rewşek normal berbi rewşek nenormal diguhere, û germahiya hundur dest pê dike ku zêde bibe.Qonaxa 2: Pêvajoya berhevkirina germê û berdana gazê.Germahiya navxweyî zû bilind dibe, û pîlê reaksiyonên exotermal derbas dibe.Qonaxa 3: Şewitandin û teqîn.Elektrolîta şewatbar dişewite, dibe sedema agir û heta teqînan jî.
Destpêka germbûna zêde (qonaxa 1)
Rabûna termal ji germbûna zêde ya pergala pîlê dest pê dike.Germbûna destpêkê dikare wekî encama barkirina pîlê ji voltaja sêwirandî (zêde barkirin), rûdana germahiyên zêde, kurtedermanên derve ji ber têlên xelet, an kurtedermanên hundurîn ên ji ber kêmasiyên hucreyê pêk were.Di nav wan de, kurtbûna hundurîn sedema sereke ya revîna germî ye û bi rêkûpêk kontrolkirina wê dijwar e.Kurtbûna hundurîn dikare di rewşên perçiqandina hucreyê de, wek ketina bermayên metal ên derve, çêbibe;pevçûna wesayîtê;Çêbûna dendritê ya lîtiumê di bin barkirina tansiyona bilind de, di bin şert û mercên barkirinê de an di germahiyên nizm de;û veqetandinên xelet ên ku di dema kombûna pîlê de hatine afirandin, ji bo navê çend kesan.Mînakî, di destpêka Cotmeha 2013-an de, otomobîlek Tesla li nêzîkî Seattle-ê li bermahiyên metal ên ku mertal û pakêta bataryayê qul kirin, ket.Kevir ketin nav veqetkerên polîmer û rasterast katod û anodê girêda, û bû sedema ku pîlê kurt-cirûbe û agir pê ket;di sala 2016-an de, şewatên bataryayê yên Samsung Note 7 ji ber veqetînera bi tundî ya pir tenik bû ku bi hêsanî ji ber zexta derve an jî pêlên weldingê yên li ser elektrodê erênî zirar dîtibû, û bû sedema ku pîlê kurte girêbide.
Di qonaxa 1-ê de, xebata pîlê ji rewşek normal berbi rewşek nenormal diguhezîne, û hemî pirsgirêkên ku li jor hatine destnîşan kirin dê bibe sedema germbûna pîlê.Dema ku germahiya navxweyî dest bi zêdebûnê dike, qonaxa 1 bi dawî dibe û qonaxa 2 dest pê dike.
Pêvajoya berhevkirina germê û berdana gazê (qonaxa 2)
Gava ku qonaxa 2 dest pê dike, germahiya hundurîn zû bilind dibe, û pîlê reaksiyonên jêrîn derbas dibe (ev reaksiyonên bi rêza tam diyarkirî çênabin; dibe ku hin ji wan bi hevdemî çêbibin):
(1) Ji ber germbûna zêde an pêketina laşî, navfaza elektrolîtê ya hişk (SEI) hilweşe.Tebeqeya SEI bi piranî ji hêmanên stabîl (wekî LiF û Li2CO3) û metastable [wekî polîmer, ROCO2Li, (CH2OCO2Li)2, û ROLi] pêk tê.Lêbelê, hêmanên metastable dikarin bi exotermîk li ser 90 °C de biqewimin, gazên şewitandî û oksîjenê berdin.Wek mînak (CH2OCO2Li)2 bigirin
(CH2OCO2Li)2→Li2CO3+C2H4+CO2+0.5O2
(2) Bi hilweşîna SEI re, germahî çêdibe, û metala lîtium an lîtiumê navborî di anodê de dê bi halên organîk ên di elektrolîtê re reaksiyonê bike, gazên hîdrokarbonê yên şewatbar (etan, metan, û yên din) berdide.Ev reaksiyonek exotermîk e ku germahiyê bêtir bilind dike.
(3) Dema kuT> ~ 130°C, veqetandina polîetîlen (PE)/polîpropîlen (PP) dest bi helandinê dike, ku rewşê bêtir xirab dike û dibe sedema kurtefîlmek di navbera katod û anodê de.
(4) Di dawiyê de, germ dibe sedema hilweşandina materyalê katodê oksîdê metalê ya lîtium û dibe sedema berdana oksîjenê.Wek mînakek LiCoO2 bigirin, ku dikare ji ~ 180°C dest pê bike wekî jêrîn hilweşe.
Parçebûna katodê jî pir germahî ye, germahî û zextê bêtir zêde dike û, di encamê de, reaksiyonên bêtir bileztir dike.
Di qonaxa 2 de, germahî zêde dibe û oksîjen di hundurê bataryayê de kom dibe.Pêvajoya rabûna termal ji qonaxa 2 berbi qonax 3 ve diçe gava ku têra oksîjen û germa ji bo şewitandina bataryayê kom dibe.
Şewitandin û teqîn (qonaxa 3)
Di qonaxa 3 de, şewitandinê dest pê dike.Elektrolîtên LIB-ê organîk in, ku hema hema tevheviyên gerdûnî yên karbonatên alkilê yên dorhêl û rêzik in.Ew xwedan guhezbûnek bilind in û bi xweber pir agirber in.Elektrolîta karbonat a ku di nav gel de tê bikar anîn [tevlihevkirina karbonat etilen (EC) + karbonat dimethyl (DMC) (1:1 bi giranî)] wekî mînak hildigire, ew di germahiya odeyê de tansiyona buharê ya 4,8 kPa û nuqteyek pêlêdana pir kêm nîşan dide. 25° ± 1°C di zexta hewayê ya 1,013 bar de.Oksîjen û germahiya ku di qonaxa 2-an de tê berdan şert û mercên pêwîst ji bo şewitandina elektrolîtên organîk ên şewatbar peyda dike, bi vî rengî dibe sedema xetereyên agir an teqînê.
Di qonaxên 2 û 3 de, reaksiyonên exotermîk di bin şert û mercên nêzîk-adiabatîk de çêdibin.Bi vî rengî, kalorîmetriya rêjeya bilez (ARC) teknîkek berfireh e ku tê bikar anîn ku jîngehê di hundurê LIB-an de simule dike, ku têgihîştina me ya kînetîka reaksiyonê ya germî hêsantir dike.jimar 2Kûçek ARC ya tîpîk a LIB-ê ku di dema ceribandinên destavêtina termal de hatî tomar kirin nîşan dide.Simulasyona germahiyê di qonaxa 2 de zêde dibe, çavkaniyek germê ya derveyî germahiya pîlê heya germahiya destpêkê zêde dike.Li ser vê germahiyê, SEI hilweşe, ku dê reaksiyonên kîmyewî yên exotermîk zêdetir bike.Di dawiyê de, veqetandî dê bihele.Rêjeya xwe-germkirinê dê dûv re zêde bibe, ku bibe sedema revîna termal (dema ku rêjeya xwe-germkirinê > 10°C/min be) û şewitandina elektrolîtê (qonaxa 3).
Anode grafît mîkrobea mezokarbon e.Katod LiNi0.8Co0.05Al0.05O2 ye.Elektrolît di EC/PC/DMC de 1,2 M LiPF6 e.Celgard 2325 veqetandina sê-layer hate bikar anîn.Bi destûrnameya Electrochemical Society Inc.
Divê were zanîn ku reaksiyonên ku li jor hatine destnîşan kirin bi hişkî li pey hev di rêza diyarkirî de çênabin.Belê, ew pirsgirêkên tevlihev û sîstematîk in.
Materyalên BI EWLEHIYA PÊLYA PÊŞKIRTINE
Li ser bingeha têgihîştina bazdana termal a batterê, gelek nêzîkatî têne lêkolîn kirin, bi mebesta kêmkirina xetereyên ewlehiyê bi sêwirana maqûl a pêkhateyên batterê.Di beşên paşerojê de, em nêzîkatiyên materyalên cihêreng ên ji bo baştirkirina ewlehiya batterê, çareserkirina pirsgirêkên ku bi qonaxên cûda yên dûrbûna termal re têkildar in kurt dikin.
Ji bo çareserkirina pirsgirêkên di qonaxa 1 de (destpêkirina germbûna zêde)
Materyalên anode yên pêbawer.Çêbûna Li dendritê ya li ser anodê LIB qonaxa yekem a rabûna termal dest pê dike.Her çend ev pirsgirêk di anodên LIB-ên bazirganî de (mînakî, anodê karbonaceous) hate sivik kirin jî, damezrandina Li dendrit bi tevahî nehatiye asteng kirin.Mînakî, di LIB-ên bazirganî de, hilweşandina dendritê bi tercîhî li keviyên elektrodê grafît çêdibe heke anod û katod baş neyên hev kirin.Digel vê yekê, şert û mercên xebitandina neguncan ên LIB-an jî dikarin bi mezinbûna dendrîtê re bibe sedema hilweşandina metala Li.Baş tê zanîn ku dendrît bi hêsanî dikare çêbibe ger pîlê were barkirin (i) di dendikên tîrêjê yên bilind de ku depokirina metala Li-yê ji belavbûna îyonên Li-yê di grafîta mezin de bileztir e;(ii) di bin şert û mercên barkirinê de dema ku grafît zêde tê lîtkirin;û (iii) di germahiyên nizm de [mînak, germahiya jêrzemînê (~0°C)], ji ber zêdebûna vîskozîteya elektrolîta şil û zêdebûna berxwedana belavbûna Li-ion.
Ji hêla taybetmendiyên materyalê ve, eslê koka ku destpêka mezinbûna Li dendritê li ser anodê diyar dike, SEI-ya bêîstîqrar û neyeksanî ye, ku dibe sedema belavbûna nehevseng a niha ya herêmî.Pêkhateyên elektrolîtê, nemaze lêzêde, hatine lêkolîn kirin ku yekrêziya SEI baştir bikin û damezrandina Li dendrite ji holê rakin.Zêdekarên tîpîk pêkhateyên înorganîk [mînak, CO2, LiI, hwd.] û pêkhateyên organîk ên ku girêdanên karbonê yên têrnebûyî dihewîne, wek karbonat vinylene û lêzêdeyên maleimide;molekulên dorhêl ên bêîstîqrar ên wekî butyrolactone, etilen sulfît, û jêderkên wan;û pêkhateyên florînkirî yên wekî karbonat fluoroethylene, di nav yên din de.Tewra di asta perçe-per-milyon de, van molekul hîn jî dikarin morfolojiya SEI-yê baştir bikin, bi vî rengî herikîna Li-ion homojen dikin û îhtîmala çêbûna Li dendritê ji holê radikin.
Bi tevayî, kêşeyên Li dendrite hîn jî di anodê grafît an karbonaceous û silicon/SiO de ku anodê nifşê din vedihewîne hene.Çareserkirina pirsgirêka mezinbûna Li dendritê pirsgirêkek e ku ji bo adaptasyona kîmyayên Li-ionê yên bi enerjiya bilind-dengî di pêşerojek nêzîk de krîtîk e.Pêdivî ye ku were zanîn ku, di van demên dawî de, hewildanên berbiçav hatine terxan kirin ku pirsgirêka damezrandina Li dendritê di anodê metala Li ya safî de bi homojenkirina herikîna Li-ionê di dema hilweşandina Li de;Mînak, xêzkirina qata parastinê, endezyariya SEI ya çêkirî, hwd. Di vî warî de, hin rêbaz dikarin ronahiyê bidin ka meriv çawa li ser anodê karbonaceous di LIB-an de jî ronî dike.
Elektrolîtên şil û veqetandî yên pirfunctional.Elektrolîta şil û veqetandî di veqetandina laşî ya katod û anodê ya bi enerjiya bilind de rolên sereke dileyzin.Bi vî rengî, elektrolît û veqetankerên pirfunctional ên baş-dîzaynkirî dikarin bi girîngî bataryayên di qonaxa destpêkê ya rabûna termal a pîlê de biparêzin (qonaxa 1).
Ji bo parastina bataryayên ji perçiqandina mekanîkî, bi lêzêdekirina sade ya silica gemarî li elektrolîta karbonat (1 M LiFP6 di EC/DMC de) elektrolîtek şilavê ya stûrkirî ya rijandinê hate bidestxistin.Li ser zext an bandorek mekanîzmayî, şilav bi zêdebûna vîskozîteyê re bandorek stûrbûna şirînê nîşan dide, ji ber vê yekê enerjiya bandorê belav dike û toleransê li hember pelçiqandinê nîşan dide (Wêne 3A)
Hêjê 3 Stratejiyên ji bo çareserkirina pirsgirêkan di qonaxa 1 de.
(A) Elektrolîta stûrbûna şilbûnê.Top: Ji bo elektrolîta normal, bandora mekanîkî dikare bibe sedema kurtbûna hundurê batterê, bibe sedema agir û teqînan.Jêrîn: Elektrolîta biaqil a nû ya ku di bin zext an bandorê de bandorek stûrbûna şilbûnê ye, toleransek hêja ji perçiqandinê re destnîşan dike, ku dikare ewlehiya mekanîkî ya bataryayê bi girîngî baştir bike.(B) Veqetînerên dufunctional ji bo tespîtkirina zû ya dendritên lîtium.Çêbûna dendritê di pîlê lîtiumê ya kevneşopî de, ku tê de ketina bêkêmasî ya veqetankerê ji hêla dendritek lîtiumê ve tenê dema ku pîlê têk diçe ji ber kurtecivînek hundurîn tê tespît kirin.Di berhevdanê de, bataryayek lîtiumê ya bi veqetînerek dufunctional (ku ji tebeqeya gerguhêz a ku di navbera du veqetankerên kevneşopî de hatî sandwiçkirin pêk tê), ku dendrîta lîtiumê ya ku zêde mezin dibe derbasî veqetandinê dibe û têkiliyê bi qata sifir a guhêrbar re çêdike, û di encamê de daketinek çêdibe.VCu−Li, ku wekî hişyariyek têkçûnek nêzîk ji ber kurteya hundurîn kar dike.Lêbelê, pîlê tije bi potansiyela ne-sifir bi ewlehî xebitî dimîne.(A) û (B) bi destûra Springer Nature têne adaptekirin an nûve kirin.(C) Veqetînera sê-layer ku dendritên Li xeternak vedixwe û jiyana bateriyê dirêj dike.Çep: Anodên lîtiumê dikarin bi hêsanî depoyên dendrîtîk ava bikin, ku hêdî hêdî mezin dibin û di veqetandina polîmera bêserûber de derbas dibin.Dema ku dendrit di dawiyê de katod û anodê bi hev ve girêdide, pîlê kurt dibe û têk diçe.Rast: Parçeyek nanoparçeyên silica ji hêla du qatên veqetandina polîmerên bazirganî ve hate pêçandin.Ji ber vê yekê, dema ku dendritên lîtium mezin dibin û di veqetandinê de dikevin, ew ê bi nanoparçeyên silica yên di qata sandwichê de têkilî daynin û bi elektrokîmyayî bêne xerc kirin.(D) Wêneya mîkroskopiya elektronîk a şopandinê (SEM) ya veqetandina nanoparçeya silica ya sandwichkirî.(E) Tîpîk voltaja li hember profîla demê ya pîlê Li/Li bi veqetankerek kevneşopî (qirça sor) û veqetandina sêlaytê sandwichkirî ya nanoparticle silica (qirça reş) di bin heman şertan de hatî ceribandin.(C), (D), û (E) bi destûra John Wiley û Sons têne hilberandin.(F) Nîşaneya şematîkî ya mekanîzmayên pêvekên gera redox.Li ser rûyek katodê ya zêde barkirî, lêzêdeya redoks di forma [O] de tê oksîdan, ku dûv re dê li ser rûyê anodê bi belavkirina elektrolîtê vegere rewşa xweya bingehîn [R] li ser rûyê anodê.Çîroka elektrokîmyayî ya oksîdasyon-belavkirin-kêmkirin-belavbûn dikare bêdawî were domandin û ji ber vê yekê potansiyela katodê ji barkirina zêde xeternak digire.(G) Strukturên kîmyewî yên tîpîk ên pêvekên gerokê yên redox.(H) Mekanîzmaya lêzêdekirina zêdebarkirina sekinandinê ku dikare di potansiyelên bilind de bi elektrokîmyayî polîmer bike.(I) Strukturên kîmyewî yên tîpîk ên lêzêdekirina lêzêdekirina dagirtinê.Potansiyelên xebatê yên lêzêdekeran di bin her avahiyek molekular de di (G), (H), û (I) de têne navnîş kirin.
Veqetanker dikarin katod û anodê bi elektronîkî îzole bikin û di şopandina rewşa tenduristiya pîlê li cîh de rolek girîng bilîzin da ku pêşî li xirabûna paşîn a paşîn bigire. Mînakî, "veqetînerek dufunctional" bi veavakirina sê qat polîmer-metal-polîmer (Wêne 3B) dikare fonksiyonek nû ya hîskirina voltaja peyda bike.Dema ku dendritek mezin dibe û digihîje qata navîn, ew ê tebeqeya metal û anodê bi hev re girêbide ku daketinek voltaja ji nişka ve di navbera wan de yekser wekî encamek were dîtin.
Ji xeynî tespîtkirinê, veqetandinek sê-layer hate çêkirin da ku dendikên Li-yê xeternak bikar bîne û piştî ku derbasî veqetandinê bibe mezinbûna wan hêdî bike.Tebeqeyek ji nanoparçeyên silica, ku ji hêla du qatên veqetandina polîolefînên bazirganî ve têne sandwich kirin (jimar 3, C û D), dikare her dendritên xeternak ên li nav xwe bixwin, bi vî rengî ewlehiya pîlê bi bandor baştir dike.Jiyana pîlê parastî bi qasî pênc carî li gorî ya ku veqetînerên kevneşopî hene bi girîngî hate dirêj kirin (Wêne 3E).
Parastina zêde barkirinê.Zêde barkirin wekî şarjkirina pîlê ji voltaja wê ya sêwirandî wêdetir tê pênase kirin.Zêde barkirin dikare ji hêla tîrêjên tîrêjê yên taybetî yên bilind, profîlên barkirinê yên êrîşkar, hwd., ku dikare rêzek pirsgirêkan derxe holê, di nav de (i) rijandina metala Li li ser anodê, ku bi giranî bandorê li performansa elektrokîmyayî û ewlehiya pîlê dike;(ii) hilweşandina madeya katodê, berdana oksîjenê;û (iii) hilweşandina elektrolîta organîk, berdana germ û hilberên gazê (H2, hîdrokarbon, CO, hwd.), ku berpirsiyarê revya germî ne.Reaksiyonên elektrokîmyayî yên di dema hilweşandinê de tevlihev in, hin ji wan li jêr têne rêz kirin.
Stêrk (*) destnîşan dike ku gaza hîdrojenê ji protîkê derdikeve, komên ku di dema oksîdasyona karbonatên li katodê de têne hilberandin dihêle, ku dûv re li anodê belav dibe ku were kêm kirin û H2 çêbike.
Li ser bingeha ciyawaziyên di fonksiyonên wan de, pêvekên parastina zêdebarkirinê dikarin wekî lêzêdekên gerokê yên redox û lêzêdekên sekinandinê werin dabeş kirin.Ya yekem hucreyê ji barkirina zêde bi berepaş diparêze, lê ya paşîn xebata hucreyê bi domdarî diqedîne.
Zêdekarên gerokê yên Redox bi elektrokîmyayî veguheztina bareya zêde ya ku di pîlê de tê derzî kirin dema ku zêde barkirin çêdibe kar dikin.Wekî ku tê xuyang kirinWêne 3F, mekanîzma li ser pêvekek redoksê ye ku xwedan potansiyela oksîdasyonê ye hinekî kêmtir ji ya hilweşîna anodîk a elektrolîtê.Li ser rûyek katodê ya zêde barkirî, lêzêdeya redoks bi forma [O] ve tê oksîdan, ku dûv re dê li ser rûyê anodê piştî belavbûna di nav elektrolîtê de vegere rewşa xweya bingehîn [R].Dûv re, lêzêdeya kêmkirî dikare vegere katodê, û çerxa elektrokîmyayî ya "oksîdasyon-belavkirin-kêmkirin-belavkirin" dikare bêdawî were domandin û ji ber vê yekê potansiyela katodê ji barkirina zêde xeternak digire.Lêkolînan destnîşan kir ku potansiyela redoxê ya lêzêdekeran divê bi qasî 0,3 heta 0,4 V li ser potansiyela katodê be.
Rêzikek pêvek bi strukturên kîmyewî û potansiyelên redoksê yên baş hatine pêşve xistin, di nav de metallocenên organometalîk, fenothiazines, trifenylamine, dimethoxybenzenes û jêderkên wan, û 2-(pentafluorofenyl)-tetrafluoro-1,3,2-benzodioxaole.Hêjîrê 3G).Bi dirûtina strukturên molekularî, potansiyelên oksîdasyona lêzêdekirî dikare li jor 4 V were guheztin, ku ji bo materyalên katodê yên voltaja bilind û elektrolîtan ku bi lez pêşve diçin re maqûl e.Prensîba sêwiranê ya bingehîn kêmkirina orbîtala molekulê ya herî zêde ya dagîrkirî ya lêzêdeyê bi navgîniya lêzêdekirina cîgirên elektron-vekêşanê vedihewîne, ku dibe sedema zêdebûna potansiyela oksîdasyonê.Ji xeynî lêzêdekirinên organîk, hin xwêyên neorganîk, yên ku ne tenê dikarin wekî xwêya elektrolîtê tevbigerin, lê di heman demê de dikarin wekî gerokek redoksê jî bixebitin, wek xwêyên koma perfluoroborane [ango, fluorododecaborates lîtium (Li2B12FxH12−x)], di heman demê de hate dîtin ku pêvekên gerîdeya redoxê bi bandor in.
Zêdekarên lêzêdekirina girtinê çînek pêvekên parastina zêdebarkirina neveger in.Ew an bi berdana gazê di potansiyelên bilind de kar dikin, ku, di encamê de, amûrek astengker a heyî çalak dike, an jî bi potansiyelên bilind bi domdarî polîmerîzekirina elektrokîmyayî dike da ku xebata bateriyê biqede berî ku encamên felaket çêbibin.Wêne 3H).Mînakên berê xylene, cyclohexylbenzene, û biphenyl in, dema ku mînakên yên paşîn biphenyl û pêkhateyên aromatîk ên din ên cîhgir hene.Wêne 3I).Bandorên neyînî yên lêzêdekirina sekinandinê hîn jî xebata dirêj-dirêj û performansa hilanînê ya LIB-an e ji ber oksîdasyona nevegera van pêkhateyan.
Ji bo çareserkirina pirsgirêkên di qonaxa 2 de (pêvajoya kombûna germê û berdana gazê)
Materyalên katodê pêbawer.Oksîdên metalên veguherîna lîtiumê, wek oksîtên qatkirî LiCoO2, LiNiO2, û LiMnO2;oxide-type spinel LiM2O4;û celebê polyanion LiFePO4, materyalên katodê yên bi gelemperî têne bikar anîn, lêbelê, pirsgirêkên ewlehiyê bi taybetî di germahiyên bilind de hene.Di nav wan de, LiFePO4-ê ku bi olivîn ve hatî çêkirin bi rengek ewledar e, ku heya 400 ° C domdar e, dema ku LiCoO2 di 250 ° C de dest bi hilweşandinê dike.Sedema çêtirbûna ewlehiya LiFePO4 ev e ku hemî îyonên oksîjenê bi P5+ re girêdanên kovalentî yên xurt çêdikin da ku polanyonên PO43− tetrahedral ava bikin, ku tevahiya çarçoweya sê-alî stabîl dike û li gorî materyalên katodê yên din îstîqrara çêtir peyda dike, her çend hîn jî heye. hin qezayên şewata bataryayê hatine ragihandin.Xemgîniya ewlehiyê ya sereke ji hilweşîna van materyalên katodê di germahiyên bilind de û serbestberdana oksîjenê ya hevdem derdikeve holê, ku bi hev re dibe sedema şewitandin û teqînan, bi giranî ewlehiya bataryayê dixe xetereyê.Mînakî, avahiya krîstal a oksîda qatkirî LiNiO2 ji ber hebûna Ni2+, ku mezinahiya wê ya îyonî dişibihe ya Li+ de ne aram e.The delithiated LixNiO2 (x< 1) mêl dike ku veguhezîne qonaxek spinel a bi îstîqrar LiNi2O4 (spinel) û celebê kevirê NiO, digel oksîjenê ku li dora 200 °C di elektrolîta şil de tê berdan, û dibe sedema şewitandina elektrolîtê.
Hewldanên berbiçav hatine kirin ji bo baştirkirina aramiya germî ya van materyalên katodê bi dopinga atomê û pêlên parastinê yên rûyê erdê.
Dopinga atomê ji ber strukturên krîstal ên stabîl ên ku di encamê de têne peyda kirin, dikare aramiya germî ya materyalên oksîdê yên qat bi girîngî zêde bike.Stabiliya germî ya LiNiO2 an Li1.05Mn1.95O4 dikare bi veguheztina qismî ya Ni an Mn bi kationên metal ên din re, wek Co, Mn, Mg, û Al, bi girîngî were çêtir kirin.Ji bo LiCoO2, danasîna hêmanên dopîng û alloykirinê yên wekî Ni û Mn dikare germahiya destpêka hilweşandinê bi tundî zêde bike.Tdec, di heman demê de ji reaksiyonên bi elektrolîtê di germahiya bilind de jî dûr dikeve.Lêbelê, zêdebûna aramiya germî ya katodê bi gelemperî bi qurbaniyên di kapasîteya taybetî de tê.Ji bo çareserkirina vê pirsgirêkê, ji bo bataryayên lîtiumê yên ji nû ve şarjkirin, materyalek katodê ya konsantrasyon-gradient li ser bingeha oksîdê manganese cobalt-kobalt a lîtium-nîkel a qatkirî hate pêşve xistin (Wêne 4A) .Di vê materyalê de, her perçek xwedan girek navendî ya dewlemend-N û tebeqeyek derveyî ya dewlemend-Mn e, bi kêmbûna tansiyona Ni û zêdekirina hûrbûna Mn û Co her ku rûberê nêzîk dibe.Wêne 4B).Ya yekem kapasîteya bilind peyda dike, lê ya paşîn aramiya termal çêtir dike.Ev madeya katodê ya nû hate destnîşan kirin ku ewlehiya bataryayê çêtir dike bêyî ku performansa wan a elektrokîmyayî (Wêne 4C).
Hêjê 4 Stratejiyên ji bo çareserkirina pirsgirêkên di qonaxa 2 de: Katodên pêbawer.
(A) Diyagrama şematîkî ya parçikek elektrodê ya erênî ya bi navikek dewlemend-Nî ya ku ji hêla tebeqeya derveyî ya konsantresyonê ve hatî dorpêç kirin.Her parsek xwedan girek navendî ya dewlemend-N Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2 û tebeqeya derve ya dewlemend-Mn [Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2] heye ku bi kêmbûna konsantreya Ni û zêdekirina hûrbûna Mn û Co. wek rûerd nêzîk dibe.Ya yekem kapasîteya bilind peyda dike, lê ya paşîn aramiya termal çêtir dike.Berhevoka navîn Li(Ni0.68Co0.18Mn0.18)O2 ye.Li milê rastê jî mîkrografek elektronîkî ya pişkek tîpîk tê xuyang kirin.(B) Encamên mîkroanalîza tîrêjê ya elektron-sonda ya oksîda lîtîkirî ya dawîn Li(Ni0.64Co0.18Mn0.18)O2.Guhertinên hûrgelê yên Ni, Mn û Co di navberê de diyar in.Kêmbûna Ni kêm dibe, û hûrbûna Co û Mn ber bi rûyê ve zêde dibe.(C) Şopên kalorimetrîya şopandina cihêreng (DSC) ku herikîna germê ya ji reaksiyona elektrolîtê ya bi materyalê konsantasyona-gradient Li(Ni0.64Co0.18Mn0.18)O2, maddeya navendî ya dewlemend-N Li (Ni0.8Co0.1Mn0) nîşan dide. 1)O2, û qata derve ya dewlemend-Mn [Li(Ni0.46Co0.23Mn0.31)O2].Materyalên bi 4.3 V hatin barkirin. (A), (B), û (C) bi destûra Springer Nature têne nûve kirin.(D) Çep: Mîkroskopa elektronê ya veguheztinê (TEM) wêneya qada geş a nanoparticle AlPO4 LiCoO2;Spectrometrîya x-tîrêjê ya belavkirina enerjiyê pêkhateyên Al û P yên di tebeqeya nixumandinê de piştrast dike.Rast: Wêneya TEM-ê ya bi rezîliya bilind ku nanoparçeyên AlPO4 (bi dirêjahiya ~ 3 nm) di tebeqeya nixumandina nanopîvan de nîşan dide;tîrên pêwendiya di navbera qata AlPO4 û LiCoO2 de destnîşan dikin.(E) Çep: Wêneyek şaneyek ku piştî ceribandina zêdebarkirina 12-V de katodek tazî ya LiCoO2 heye.Di wê voltajê de hucre şewitî û teqiya.Rast: Wêneyek şaneyek ku tê de Nanoparticle AlPO4 LiCoO2-ya pêçandî heye piştî ceribandina zêdebarkirina 12-V.(D) û (E) bi destûra John Wiley û Sons têne hilberandin.
Stratejiyek din a ji bo baştirkirina aramiya germî ev e ku meriv maddeya katodê bi qatek zirav a parastinê ya pêkhateyên guhezbar ên bi domdar ên germî li + veşêre, ku dikare pêşî li têkiliya rasterast a materyalên katodê bi elektrolîtê bigire û bi vî rengî reaksiyonên alî û hilberîna germê kêm bike.Kulîlk dikarin fîlimên înorganîk bin [mînakî, ZnO, Al2O3, AlPO4, AlF3, hwd.], ku dikarin îyonên Li-yê piştî ku werin lît kirin pêk bînin.jimar 4, D û E), an fîlimên organîk, wek pol(diallyldimethylammonium chloride), fîlimên parastinê yên ku ji lêzêdekên γ-butyrolactone, û pêvekên pir-pêkhatî (ji karbonat vinylene, 1,3-propylen sulfite, û dimethylacetamide pêk tê) têne çêkirin.
Danasîna pêvekek bi rêjeya germahiya erênî ji bo zêdekirina ewlehiya katodê jî bi bandor e.Mînakî, katodên LiCoO2 yên bi polî(3-decylthiophene)-pêçandî dikarin reaksiyonên elektrokîmyayî û reaksiyonên alîgir rawestînin gava ku germahî ji 80°C re bilind bibe, ji ber ku tebeqeya polîmer a guhêrbar dikare zû veguhezîne rewşek pir berxwedêr.Kişandinên oligomerên xwe-dawî yên bi mîmariya hîper-şaqkirî di heman demê de dikarin wekî qatek bloka bersivdar a germî tevbigerin da ku bataryayê ji alîyê katodê ve girêbide.
Kolektera niha ya bi germî veguhezbar.Rakirina reaksiyonên elektrokîmyayî di dema zêdebûna germahiya bataryayê de di qonaxa 2 de dikare bi bandor pêşî li zêdebûna germahiyê bigire.Guhestina polîmerê ya bi germî ya bilez û vegerandî (TRPS) di hundurê kolektora heyî de hatiye bicîh kirin (Wêne 5A) .Fîlma nazik TRPS ji pariyên nîkelê yên nanostrukturî yên bi grafenê vegirtî (GrNi) yên ku wekî dagirtina rêkûpêk û matrixek PE ya bi qasê berfirehbûna germî ya mezin (α ~ 10−4 K−1) pêk tê.Fîlimên pêkhatî yên polîmer ên çêkirî di germahiya odeyê de guheztina bilind (σ) nîşan didin, lê dema ku germahî nêzîkê germahiya veguherînê dibe (Ts), gihandin di nav 1 s-an de bi heft û heşt rêzikên mezinbûnê kêm dibe, wekî encama berfirehbûna qebareya polîmer, ku keriyên guhêrbar ji hev vediqetîne û rêyên gihandinê dişkîne (Wêne 5B).Fîlm tavilê dibe îzolasyon û bi vî rengî xebata pîlê diqede (Hêjîra 5C).Ev pêvajo pir veger e û dikare piştî gelek bûyerên germbûnê jî bêyî ku performansê tawîz bide tevbigere.
Fig. 5 Stratejiyên ji bo çareserkirina pirsgirêkan di qonaxa 2 de.
(A) Nîşaneya şematîkî ya mekanîzmaya veguheztina termal a berhevkarê heyî TRPS.Pîlê ewle yek an du kolektîfên heyî hene ku bi qatek TRPS-ya zirav hatî pêçan.Ew bi gelemperî di germahiya odeyê de dixebite.Lêbelê, di rewşek germahiya bilind an herikîna mezin de, matrixa polîmer berfireh dibe, bi vî rengî perçeyên guhêrbar ji hev vediqetîne, ku dikare guheztina wê kêm bike, berxwedana wê pir zêde bike û pîlê rawestîne.Avahiya pîlê bi vî rengî dikare bêyî zirarê were parastin.Di sarbûnê de, polîmer hûr dibe û rêyên guhêrbar ên orîjînal vedigire.(B) Guhertinên berxwedanê yên fîlimên cihêreng ên TRPS wekî fonksiyonek germahiyê, di nav de PE/GrNi bi barkirinên GrNi yên cihêreng û PP/GrNi bi barkirina 30% (v/v) ya GrNi.(C) Kurteya kapasîteya bataryaya ewledar a LiCoO2 ku di navbera 25°C û sekinîn de dimeşe.Kapasîteya nêzîk-sifir a li 70 ° C girtina tevahî destnîşan dike.(A), (B), û (C) bi destûra Springer Nature ve têne nûve kirin.(D) Nûneratiya şematîkî ya konsepta girtina mîkrosphere-based ji bo LIBs.Elektrod bi mîkrosferên thermoresponsive ve têne fonksiyonel kirin ku, li jor germahiya bataryaya navxweyî ya krîtîk, di veguheztinek germî (hilweşîn) de derbas dibin.Kapsulên şilandî rûbera elektrodê dipêçin, astengek îzolekirî ya îyonîkî çêdikin û şaneya pîlê ditewînin.(E) Parzûnek pêkhatî ya înorganîk a tenik û xwegirtî ku ji %94 pariyên alûmînayê û %6 çîçek stiren-butadiene (SBR) pêk tê bi rêbazek avêtina çareseriyê hate amadekirin.Rast: Wêneyên ku îstîqrara germî ya veqetandina pêkhatî ya înorganîk û veqetandina PE nîşan didin.Veqetandin di 130°C de 40 hûrdeman hatin girtin.PE bi awayekî berbiçav ji qada bi çargoşeya xalîkirî kêm bû.Lêbelê, veqetandina pêkhatî piçûkbûnek eşkere nîşan neda.Bi destûra Elsevier ve hatî nûve kirin.(F) Struktura molekularî ya hin polîmerên germahiya bilind-hilweşîn wekî materyalên veqetandî yên bi kêmbûna germahiya bilind.Top: polyimide (PI).Navîn: seluloz.Binî: poly(butylen) terefthalate.(G) Çep: Berawirdkirina spektrayên DSC yên PI bi veqetandina PE û PP re;veqetandina PI-ê di germahiya ji 30 ° heta 275 ° C de aramiya germî ya hêja nîşan dide.Rast: Wêneyên kameraya dîjîtal ku şilbûna veqetankerek bazirganî û veqetandina PI-ya wekî-sentezkirî bi elektrolîtek karbonatek propylene berhev dikin.Bi destûra Civaka Kîmyewî ya Amerîkî ve hatî nûve kirin.
Separatorên girtina termal.Stratejiyek din a ku di qonaxa 2-an de bertekan ji dûrbûna termalê bigire ev e ku riya veguheztina îyonên Li di nav veqetankerê re were girtin.Veqetandî ji bo ewlehiya LIB-ê hêmanên sereke ne, ji ber ku ew pêşî li têkiliya elektrîkî ya rasterast di navbera katod-enerjiya bilind û materyalên anodê de digirin dema ku rê didin veguheztina îyonî.PP û PE materyalên ku herî zêde têne bikar anîn in, lê ew xwedan aramiya germî ya nebaş in, bi rêzê ve xalên helandinê ~ 165 ° û ~ 135 ° C.Ji bo LIB-a bazirganî, veqetankerên bi avahiyek sê-layerê PP/PE/PP berê hatine bazirganîkirin, ku PE qatek navîn a parastinê ye.Dema ku germahiya hundurê pîlê li ser germahiya krîtîk (~ 130 ° C) zêde dibe, tebeqeya PE-ya porez bi qismî dihele, porên fîlimê digire û pêşî li koçkirina îyonan di elektrolîta şil digire, dema ku tebeqeya PP piştgirîya mekanîkî peyda dike da ku ji hundurê dûr nekevin. kurtkirin .Wekî din, girtina germî ya LIB-ê jî dikare bi karanîna mîkrosferên PE-ya termosponsive an parafîn waxê wekî qata parastinê ya anodes an veqetankerên pîlê jî were bidestxistin.Dema ku germahiya bataryayê ya hundurîn digihîje nirxek krîtîk, mîkrosfer dihelin û anode/veqetandî bi berbendek nepermebar dipêçin, veguheztina Li-ion rawestînin û şaneyê bi domdarî diteqînin (Wêne 5D).
Separatorên bi îstîqrara germî ya bilind.Ji bo baştirkirina îstîqrara germî ya veqetandina bataryayê, du nêzîkatî di çend salên borî de hatine pêşve xistin:
(1) Veqetînerên bi seramîk-zêdekirî, ku bi xêzkirina rasterast an mezinbûna li ser rûyê erdê ya tebeqeyên seramîk ên wekî SiO2 û Al2O3 li ser rûkalên veqetandina polîolefîn ên heyî an bi xwedan tozên seramîk ên ku di nav materyalên polîmer de hatine çêkirin têne çêkirin (Wêne 5E) , nuqteyên helandinê û hêza mekanîkî ya pir zêde nîşan didin û di heman demê de xwedan guheztina germî ya nisbeten bilind e.Hin veqetanerên pêkhatî yên ku bi vê stratejiyê ve hatine çêkirin, wekî Separion (navekî bazirganî) hatine bazirganî kirin.
(2) Guhertina materyalên veqetandî ji polîolefîn berbi polîmerên germahiya bilind-hilweşîn ên ku bi germkirinê kêm kêm dibin, wek polyimide, cellulose, poly(butylene) terephthalate, û poly(esters) ên din, stratejiyek din a bi bandor e ji bo baştirkirina aramiya germî. yên veqetandî (Wêne 5F).Mînakî, polîîmîd polîmerek termosetker e ku ji ber îstîqrara xwe ya germî ya hêja (ji 400°C re îstîqrar), berxwedana kîmyewî ya baş, hêza tansiyonê ya bilind, şilbûna elektrolîtê ya baş, û paşdexistina agir, bi berfirehî wekî alternatîfek hêvîdar tê hesibandin.Hêjîrê 5G) .
Pakêtên pîlê bi fonksiyona sarbûnê.Pergalên rêveberiya termal-pîvana cîhazê ku ji hêla gera hewayê an sarbûna şilavê ve hatî çalak kirin ji bo baştirkirina performansa batterê û hêdîkirina zêdebûna germahiyê hatine bikar anîn.Wekî din, materyalên guheztina qonaxê yên wekî mûma parafîn di pakêtên pîlê de hatine yek kirin da ku wekî germahiyek tevbigerin da ku germahiya wan sererast bikin, ji ber vê yekê ji destdirêjiya germahiyê dûr dikevin.
Ji bo çareserkirina pirsgirêkên di qonaxa 3 de (şewitandin û teqîn)
Germ, oksîjen û sotemenî, ku wekî "sêgoşeya agir" tê zanîn, ji bo piraniya agiran malzemeyên pêwîst in.Bi berhevkirina germ û oksîjenê ku di qonaxên 1 û 2 de têne hilberandin, sotemenî (ango, elektrolîtên pir şewatbar) dê bixweber dest bi şewitandinê bike.Kêmkirina şewitandina solavên elektrolîtê ji bo ewlehiya pîlê û serîlêdanên berfireh ên LIB-ê pir girîng e.
Zêdekarên flame-retardant.Hewldanên lêkolînê yên mezin ji bo pêşkeftina pêvekên agirê-retardant hatine terxan kirin da ku şewatbûna elektrolîtên şil kêm bikin.Piraniya lêzêdekirinên agirê-retardant ên ku di elektrolîtên şil de têne bikar anîn li ser pêkhateyên fosfora organîk an pêkhateyên halojenkirî yên organîk in.Ji ber ku halojen ji hawîrdorê û tenduristiya mirovan re xeternak in, pêkhateyên fosforê yên organîk wekî pêvekên agirê-retardanker berendamên sozdartir in ji ber ku jêhatîbûna wan a bilind-paşxistina agir û dostaniya jîngehê.Têkiliyên fosforê yên organîk ên tîpîk trîmetîl fosfat, trifenîl fosfat, bis(2-metoksîetoksî) methylallylphosphonate, tris(2,2,2-trifluoroethyl) fosfît, (etoksî) pentafluorocylotriphosphazen (etoksî) pentafluorocylotriphosphazen (etîl.phosphazen) û hwd.Wêne 6A).Mekanîzmaya ji bo bandorên paşvexistina agirê van pêkhateyên fosfor-hewa bi gelemperî tê bawer kirin ku pêvajoyek radîkal-hilweşîna kîmyewî ye.Di dema şewitandinê de, molekulên fosfor-hewadar dikarin ji celebên radîkalên azad ên fosfor-hewadar biqelibin, ku dûv re radîkalên (mînak, radîkalên H û OH) yên ku di dema belavbûna reaksiyonên zincîre de têne hilberandin ku berpirsiyarê şewitandina domdar in bi dawî bikin.jimar 6, B û C).Mixabin, kêmbûna şewitandinê bi lêzêdekirina van retardandên êgir ên fosfor-hewadar li ber lêçûna performansa elektrokîmyayî tê.Ji bo baştirkirina vê danûstendinê, lêkolînerên din di strukturên xwe yên molekulî de hin guhertin çêkirine: (i) fluorkirina qismî ya fosfatên alkîl dikare aramiya wan a kêmker û bandora wan a paşvexistina agir baştir bike;(ii) bikaranîna pêkhateyên ku hem xwedan taybetmendiyên çêkirina fîlima parastinê û hem jî xwedan taybetmendiyên xwedan agirê parastinê ne, wek bis(2-methoxyethoxy)methylallylphosphonate, ku komên alilîk dikarin polîmer bikin û li ser rûyên grafît fîlimek SEI ya stabîl ava bikin, bi vî rengî bi bandor pêşî li aliyên xeternak digire. reaksiyonên;(iii) Guhertina P(V) fosfatê bo P(III) fosfît, yên ku avakirina SEI-yê hêsan dikin û dikarin PF5-a xeternak neçalak bikin [mînak, tris(2,2,2-trifluoroethyl) fosfît];û (iv) guheztina pêvekên organofosforê bi fosfazenên dorhêl, nemaze cyclophosphazene fluorinated, ku lihevhatina elektrokîmyayî zêde kiriye.
Fig. 6 Stratejiyên ji bo çareserkirina pirsgirêkan di qonaxa 3 de.
(A) Strukturên molekulî yên tîpîk ên lêzêdekirina agir-retardan.(B) Mekanîzmaya ji bo bandorên paşveçûna agirê van pêkhateyên fosfor-hewa bi gelemperî tê bawer kirin ku pêvajoyek radîkal-hilweşîna kîmyewî ye, ku dikare reaksiyonên zincîra radîkal ên ku ji ber reaksiyona şewitandinê di qonaxa gazê de berpirsiyar in bi dawî bike.TPP, trifenyl fosfat.(C) Dema xwe-vemirandinê (SET) ya elektrolîta karbonat a tîpîk bi lêzêdekirina trifenîl fosfatê bi girîngî kêm dibe.(D) Şematîka veqetandina elektrospunkirî ya "aqilmend" ya ku ji bo LIB-an taybetmendiyên pêta-retardandî yên germî vedihewîne.Veqetînera serbixwe ji mîkrofîberên bi avahiyek bingehîn-şell pêk tê, ku retardantê agirê naverok e û polîmer jî şêlê ye.Li ser tehlkirina germî, qalikê polîmer dihele û dûv re retardantê agirê dorpêçkirî di nav elektrolîtê de tê berdan, bi vî rengî bi bandor agirkirin û şewitandina elektrolîtan ditepisîne.(E) Wêneya SEM-ê ya mîkrofîberên TPP@PVDF-HFP piştî xêzkirinê bi zelalî strukturên wan ên bingehîn-şelê nîşan dide.Barê pîvanê, 5 μm.(F) Avahiyên molekular ên tîpîk ên şilava îyonî ya germahiya jûreyê ku ji bo LIB-an wekî elektrolîtên neflammable têne bikar anîn.(G) Avahiya molekular a PFPE, analogek PEO ya perfluorînkirî ya neflammable.Du komên karbonat ên methyl li ser termînalên zincîreyên polîmer têne guheztin da ku lihevhatina molekulan bi pergalên baterî yên heyî re misoger bikin.
Pêdivî ye ku were zanîn ku her dem di navbera kêmbûna şewatandî ya elektrolîtê û performansa hucreyê de ji bo lêzêdekên ku hatine navnîş kirin danûstendinek heye, her çend ev lihevkirin bi sêwiranên molekulî yên jorîn ve hatî çêtir kirin.Stratejiyek din a pêşniyarkirî ya ji bo çareserkirina vê pirsgirêkê tevlêkirina retardantê agirê di hundurê qalika polîmera parastinê ya mîkrofîberan de ye, ku ew bêtir têne berhev kirin da ku veqetandinek nepêçandî pêk bînin (Wêne 6D) .Ji bo LIB-an veqetînerek mîkrofîberek nehfkirî ya nû ya elektrospunkirî ku bi taybetmendiyên pêta-retardandî yên germî ve hatî çêkirin hate çêkirin.Veguheztina retardantê agirê di hundurê qalika polîmera parastinê de rê li ber rûdana rasterast a retardantê agirê li ser elektrolîtê digire, pêşî li bandorên neyînî yên retardantan li ser performansa elektrokîmyayî ya pîlê digire (Wêne 6E).Lêbelê, heke gera termal a pîlê LIB çêbibe, şêla poly(vinylidenefluoride-hexafluoro propylene) copolymera (PVDF-HFP) her ku germahî zêde dibe dê bihele.Dûv re retardantê şewatê ya trifenîl fosfatê ya dorpêçkirî dê di nav elektrolîtê de were berdan, bi vî rengî bi bandor şewitandina elektrolîtên pir şewatkar bitepisîne.
Ji bo çareserkirina vê dubendiyê jî têgehek "elektrolîta konsantrekirî ya xwê" hate pêşve xistin.Van elektrolîtên organîk ên agir vemirandin ên ji bo bataryayên veşarjêkirî LiN(SO2F)2 wekî xwê û retardanterek agirê populer a trimethyl fosfate (TMP) wekî yekane helaw hene.Damezrandina spontan a SEI-ya neorganîkî ya bihêz a ku ji xwê hatî hilanîn li ser anodê ji bo performansa elektrokîmyayî ya domdar girîng e.Ev stratejiya nû dikare ji cûrbecûr retardandên din ên agir ve were dirêj kirin û dibe ku rêyek nû veke ji bo pêşdebirina çareserkerên nû-retardanker ên ji bo LIB-yên ewledar.
Elektrolîtên şilek ên neflammable.Çareseriyek dawîn ji bo pirsgirêkên ewlehiyê yên elektrolîtê dê pêşvebirina elektrolîtên neflammable bi xweber be.Komek ji elektrolîtên neşewitbar ku bi berfirehî hatine lêkolîn kirin şilekên îyonî ne, nemaze şilavên îyonî yên germahiya odeyê, yên ku ne volatîlan in (ji 200°C re zexta buharê nayê tesbît kirin) û ne şewatbar in û xwedan pencereyek germahiya fireh in.Wêne 6F) .Lêbelê, lêkolîna domdar hîn jî hewce ye ku pirsgirêkên kapasîteya rêjeya nizm a ku ji vîskozîteya wan a bilind, jimara veguheztina Li-ya kêm, bêîstîqrara katodîk an kêmker, û lêçûna bilind a şilavên îyonî çêdibe, çareser bike.
Hîdrofluoroetherên bi giraniya molekularî çînek din a elektrolîtên şilavê yên neşewitbar in ji ber ku xala wan a bilind an tune, neşewitandin, tansiyona rûyê nizm, vîskozîteya kêm, germahiya cemidî ya kêm, hwd.Pêdivî ye ku sêwirana molekulê ya rast were çêkirin da ku taybetmendiyên wan ên kîmyewî bicîh bîne da ku pîvanên elektrolîtên baterî bicîh bîne.Nimûneyek balkêş a ku vê dawiyê hatî ragihandin perfluoropolyether (PFPE), analogek oksîdê polîetîlenê ya perfluorînkirî (PEO) ye ku ji bo neşewitandina xwe tê zanîn (Hêjîra 6G) .Du komên karbonat ên methyl li ser komên termînalê yên zincîreyên PFPE (PFPE-DMC) têne guheztin da ku lihevhatina molekulan bi pergalên baterî yên heyî re misoger bikin.Bi vî rengî, neşewitandin û aramiya germî ya PFPE dikare ewlehiya LIB-ê bi girîngî baştir bike dema ku ji ber sêwirana strukturek molekularî ya bêhempa hejmara veguheztina elektrolîtê zêde dike.
Qonaxa 3 qonaxa dawîn lê bi taybetî girîng e ji bo pêvajoya revîna termal.Pêdivî ye ku were zanîn ku her çend hewildanên mezin ji bo kêmkirina şewatbûna elektrolîta şil a herî pêşkeftî hatine terxan kirin jî, karanîna elektrolîtên rewşa hişk ên ku nevolatile ne sozek mezin dide.Elektrolîtên hişk bi giranî dibin du kategori: elektrolîtên seramîk ên înorganîk [sulfîd, oksîd, nîtrîd, fosfat, hwd.] û elektrolîtên polîmer ên zexm [tevlihevkirina xwêyên Li bi polîmeran re, wek polî(oksîdê etilen), polakrîlonitrile, hwd.].Hewldanên ji bo baştirkirina elektrolîtên zexm dê li vir neyên hûrgulî kirin, ji ber ku ev mijar berê di çend lêkolînên vê dawiyê de baş hatîye kurt kirin.
NÎR
Di paşerojê de, gelek materyalên nû hatine pêşve xistin da ku ewlehiya bateriyê baştir bikin, her çend pirsgirêk hîn bi tevahî nehatiye çareser kirin.Wekî din, mekanîzmayên bingehîn ên pirsgirêkên ewlehiyê ji bo her kîmya baterî ya cihêreng diguhezin.Ji ber vê yekê, materyalên taybetî yên ku ji bo bataryayên cihêreng hatine çêkirin divê bêne sêwirandin.Em di wê baweriyê de ne ku rêbazên bikêrtir û materyalên baş-dîzaynkirî hêjî têne kifş kirin.Li vir, em çend rêwerzên mimkun ji bo lêkolîna ewlehiya bataryayê ya pêşerojê navnîş dikin.
Pêşîn, girîng e ku meriv li cîh an rêbazên operando pêşve bibe da ku şert û mercên tenduristiya hundurîn ên LIB-an tespît û çavdêrî bike.Mînakî, pêvajoya revîna termal ji nêz ve bi zêdebûna germahiya hundurîn an zexta hundurîn a di nav LIB-an de têkildar e.Lêbelê, belavkirina germahiyê di hundurê bataryayê de pir tevlihev e, û ji bo çavdêrîkirina nirxan ji bo elektrolît û elektrod, û hem jî veqetankeran rêgez hewce ne.Bi vî rengî, pîvandina van parameteran ji bo pêkhateyên cihêreng ji bo teşhîskirin û bi vî rengî pêşîgirtina xetereyên ewlehiya pîlê krîtîk e.
Stabiliya germî ya veqetanker ji bo ewlehiya pîlê pir girîng e.Polîmerên nû yên pêşkeftî yên bi xalên helandinê yên bilind di zêdekirina yekbûna germî ya veqetandî de bi bandor in.Lêbelê, taybetmendiyên wan ên mekanîkî hîn jî hindik in, di dema kombûna batterê de pêvajoyek wan pir kêm dike.Wekî din, bihayê di heman demê de faktorek girîng e ku divê ji bo serîlêdanên pratîkî were hesibandin.
Pêşkeftina elektrolîtên zexm dixuye ku ji bo pirsgirêkên ewlehiyê yên LIB-ê çareseriya dawîn e.Elektrolîta zexm dê îhtîmala kurtbûna bataryayê ya hundurîn, digel xetera agir û teqînan pir kêm bike.Her çend hewildanên mezin ji bo pêşkeftina elektrolîtên zexm hatine terxan kirin jî, performansa wan ji ya elektrolîtên şil pir dûr dimîne.Pêkhateyên elektrolîtên înorganîk û polîmer potansiyelek mezin nîşan didin, lê ew sêwirandin û amadekirina nazik hewce dikin.Em tekez dikin ku sêwirana rast a navberên înorganîk-polîmer û endezyariya hevrêziya wan ji bo veguheztina Li-ion bikêr girîng e.
Divê were zanîn ku elektrolîta şil ne tenê pêkhateya pîlê ye ku bişewitîne.Mînakî, dema ku LIB pir barkirî ne, materyalên anodê yên lîtîkirî yên şewitandî (mînak, grafît lîtiated) jî fikarek ewlehiyê ya mezin in.Retardandên şewatê yên ku dikarin bi bandor agirê materyalên hişk paşde bixin, pir tê xwestin ku ewlehiya wan zêde bikin.Retardantên agirê dibe ku bi grafîtê re di forma girêdanên polîmerî an çarçoveyek rêkûpêk de werin tevlihev kirin.
Ewlehiya pîlê pirsgirêkek pir tevlihev û sofîstîke ye.Pêşeroja ewlehiya batterê di lêkolînên mekanîzmayên bingehîn de ji bo têgihîştina kûrtir û ji bilî rêbazên pêşkeftî yên taybetmendiyê, ku dikare bêtir agahdarî pêşkêşî sêwirana materyalan bike, bêtir hewl dide.Her çend ev Vekolîn balê dikişîne ser ewlehiya asta materyalê, divê were zanîn ku ji bo çareserkirina pirsgirêka ewlehiya LIB-ê, ku li wir materyal, hêmanên hucreyê û format, û modul û pakêtên bataryayê rolek wekhev dileyizin, nêzîkatiyek holîstîk bêtir hewce ye ku berê batariyan pêbawer bikin. tên berdan bazarê.
ÇAVKANÎ Û NÎŞAN
Kai Liu, Yayuan Liu, DingchangLin, Allen Pei, Yi Cui, Materyalên ji bo ewlehiya pîlê lithium-ion, ScienceAdvances, DOI:10.1126/sciadv.aas9820
Dema şandinê: Pûşper-05-2021
