אַבסטראַקט
ליטהיום-יאָן באַטעריז (LIBs) זענען גערעכנט ווי איינער פון די מערסט וויכטיק ענערגיע סטאָרידזש טעקנאַלאַדזשיז.ווי די ענערגיע געדיכטקייַט פון באַטעריז ינקריסיז, באַטאַרייע זיכערקייַט ווערט אפילו מער קריטיש אויב די ענערגיע איז באפרייט אַנינטענשאַנאַלי.אַקסידענץ שייַכות צו פירעס און יקספּלאָוזשאַנז פון LIB פאַלן אָפט ווערלדווייד.עטלעכע האָבן געפֿירט ערנסט טרעץ צו מענטש לעבן און געזונט און האָבן געפֿירט צו פילע פּראָדוקט ריקאָלז דורך מאַניאַפאַקטשערערז.די ינסאַדאַנץ זענען רימיינדערז אַז זיכערקייַט איז אַ פּרירעקוואַזאַט פֿאַר באַטעריז, און ערנסט ישוז דאַרפֿן צו זיין ריזאַלווד איידער די צוקונפֿט אַפּלאַקיישאַן פון הויך-ענערגיע באַטאַרייע סיסטעמען.דער רעצענזיע יימז צו סאַמערייז די פאַנדאַמענטאַלז פון די אָריגינס פון LIB זיכערקייַט ישוז און הויכפּונקט די לעצטע שליסל פּראָגרעס אין מאַטעריאַלס פּלאַן צו פֿאַרבעסערן LIB זיכערקייַט.מיר דערוואַרטן אַז די רעצענזיע וועט ינספּירירן ווייַטער פֿאַרבעסערונג אין באַטאַרייע זיכערקייַט, ספּעציעל פֿאַר ימערדזשינג ליבס מיט הויך-ענערגיע געדיכטקייַט.
די אָריגינס פון ליב זיכערהייט ישוז
די אָרגאַניק פליסיק עלעקטראָליטע ין ליבס איז ינטרינסיקאַללי ברענעוודיק.איינער פון די מערסט קאַטאַסטראָפיק פייליערז פון אַ LIB סיסטעם איז די קאַסקיידינג טערמאַל ראַנאַוויי געשעעניש, וואָס איז גערעכנט ווי די הויפּט סיבה פון באַטאַרייע זיכערקייַט קאַנסערנז.אין אַלגעמיין, טערמאַל ראַנאַוויי אַקערז ווען אַן עקסאָטהערמיק אָפּרוף גייט אויס פון קאָנטראָל.ווי די טעמפּעראַטור פון די באַטאַרייע ריסעס צו העכער ~ 80 ° C, די עקסאָטהערמיק כעמישער אָפּרוף קורס אין די באַטעריז ינקריסיז און ווייַטער כיץ די צעל, ריזאַלטינג אין אַ positive באַמערקונגען ציקל.די קעסיידערדיק רייזינג טעמפּעראַטורעס קען פירן צו פירעס און יקספּלאָוזשאַנז, ספּעציעל פֿאַר גרויס באַטאַרייע פּאַקס.דעריבער, פארשטאנד פון די סיבות און פּראַסעסאַז פון טערמאַל ראַנאַוויי קענען פירן די פּלאַן פון פאַנגקשאַנאַל מאַטעריאַלס צו פֿאַרבעסערן די זיכערקייַט און רילייאַבילאַטי פון LIBs.דער טערמאַל ראַנאַוויי פּראָצעס קענען זיין צעטיילט אין דרייַ סטאַגעס, ווי סאַמערייזד איןפיג 1.
פיגורע 1 דריי סטאַגעס פֿאַר די טערמאַל ראַנאַוויי פּראָצעס.
סטאַגע 1: די אָנסעט פון אָוווערכיטינג.די באַטעריז טוישן פון אַ נאָרמאַל צו אַ אַבנאָרמאַל שטאַט, און די ינערלעך טעמפּעראַטור סטאַרץ צו פאַרגרעסערן.סטאַגע 2: היץ אַקיומיאַליישאַן און גאַז מעלדונג פּראָצעס.די ינערלעך טעמפּעראַטור ריסעס געשווינד, און די באַטאַרייע אַנדערגאָוז עקסאָטהערמאַל ריאַקשאַנז.סטאַגע 3: קאַמבאַסטשאַן און יקספּלאָוזשאַן.די ברענעוודיק עלעקטראָליטע קאַמבאַסט, לידינג צו פירעס און אפילו יקספּלאָוזשאַנז.
די אָנסעט פון אָוווערכיטינג (בינע 1)
טערמאַל ראַנאַוויי סטאַרץ פון די אָוווערכיטינג פון די באַטאַרייע סיסטעם.דער ערשט אָוווערכיטינג קענען פּאַסירן ווי אַ רעזולטאַט פון די באַטאַרייע איז טשאַרדזשינג ווייַטער פון די דיזיינד וואָולטידזש (אָווערטשאַרדזשינג), ויסשטעלן צו יבעריק טעמפּעראַטורעס, פונדרויסנדיק קורץ סערקאַץ רעכט צו פאָלטי וויירינג, אָדער ינערלעך קורץ סערקאַץ רעכט צו צעל חסרונות.צווישן זיי, ינערלעך שאָרטינג איז די פּרידאַמאַנאַנט סיבה פֿאַר טערמאַל ראַנאַוויי און איז לעפיערעך שווער צו קאָנטראָלירן.ינערלעך שאָרטינג קענען פּאַסירן אין צושטאנדן פון צעל ענגשאַפט אַזאַ ווי פונדרויסנדיק מעטאַל דעבריס דורכדרונג;פאָרמיטל צונויפשטויס;ליטהיום דענדריטע פאָרמירונג אונטער הויך קראַנט געדיכטקייַט טשאַרדזשינג, אונטער אָוווערטשאַרדזשינג טנאָים אָדער ביי נידעריק טעמפּעראַטורעס;און פלאָד סעפּערייטערז באשאפן בעשאַס באַטאַרייע פֿאַרזאַמלונג, צו נאָמען אַ ביסל.צום ביישפּיל, אין פרי אקטאבער 2013, אַ טעסלאַ מאַשין לעבן Seattle האָט שלאָגן מעטאַל דעבריס וואָס פּירסט די שילד און די באַטאַרייע פּאַק.די דעבריס דורכגעגאנגען די פּאָלימער סעפּאַראַטאָרס און גלייַך פארבונדן די קאַטאָוד און אַנאָוד, קאָזינג די באַטאַרייע צו קורץ-קרייַז און צו כאַפּן פייַער;אין 2016, די סאַמסונג באַמערקונג 7 באַטאַרייע פירעס זענען געווען רעכט צו דער אַגרעסיוו אַלטראַטהין סעפּאַראַטאָר וואָס איז לייכט דאַמידזשד דורך דרויסנדיק דרוק אָדער די וועלדינג בוררס אויף די positive ילעקטראָוד, קאָזינג די באַטאַרייע צו קורץ-קרייַז.
בעשאַס בינע 1, באַטאַרייע אָפּעראַציע ענדערונגען פון אַ נאָרמאַל צו אַ אַבנאָרמאַל שטאַט, און אַלע די ישוז ליסטעד אויבן וועט פאַרשאַפן די באַטאַרייע צו אָוווערכיט.ווען די ינערלעך טעמפּעראַטור סטאַרץ צו פאַרגרעסערן, בינע 1 ענדס און בינע 2 הייבט.
היץ אַקיומיאַליישאַן און גאַז מעלדונג פּראָצעס (בינע 2)
ווען בינע 2 הייבט זיך אן, די ינערלעך טעמפּעראַטור ריסעס געשווינד, און די באַטאַרייע אַנדערגאָו די פאלגענדע ריאַקשאַנז (די ריאַקשאַנז טאָן ניט פאַלן אין די פּינטלעך געגעבן סדר; עטלעכע פון זיי קען פּאַסירן סיימאַלטייניאַסלי):
(1) סאָליד עלעקטראָליטע ינטערפאַסע (SEI) דיקאַמפּאָוזישאַן רעכט צו אָוווערכיטינג אָדער גשמיות דורכדרונג.די SEI שיכטע באשטייט דער הויפּט פון סטאַביל (אַזאַ ווי LiF און Li2CO3) און מעטאַסטאַבאַל [אַזאַ ווי פּאָלימערס, ROCO2Li, (CH2OCO2Li)2 און ROLi] קאַמפּאָונאַנץ.אָבער, די מעטאַסטאַבאַל קאַמפּאָונאַנץ קענען צעלאָזן עקסאָטהערמיקאַללי ביי בעערעך >90 ° C, ריליסינג ברענעוודיק גאַסאַז און זויערשטאָף.נעמען (CH2OCO2Li)2 ווי אַ בייַשפּיל
(CH2OCO2Li)2→Li2CO3+C2H4+CO2+0.5O2
(2) מיט די דיקאַמפּאָוזישאַן פון SEI, די טעמפּעראַטור בויען זיך, און די ליטהיום מעטאַל אָדער ינטערקאַלייטיד ליטהיום אין די אַנאָוד וועט רעאַגירן מיט די אָרגאַניק סאָלוואַנץ אין די עלעקטראָליטע, ריליסינג ברענעוודיק כיידראָוקאַרבאַן גאַסאַז (עטיין, מעטיין, און אנדערע).דאָס איז אַן עקסאָטהערמיק אָפּרוף וואָס דרייווז די טעמפּעראַטור אַרויף ווייַטער.
(3) וועןT> ~ 130 ° C, די פּאַליעטאַלין (פּע) / פּאַליפּראָופּאַלין (פּפּ) סעפּאַראַטאָר סטאַרץ צו צעשמעלצן, וואָס ווייַטער דיטיריערייץ די סיטואַציע און ז אַ קורץ קרייַז צווישן די קאַטאָוד און די אַנאָוד.
(4) יווענטשאַוואַלי, היץ ז די דיקאַמפּאָוזישאַן פון די ליטהיום מעטאַל אַקסייד קאַטאָוד מאַטעריאַל און רעזולטאטן אין מעלדונג פון זויערשטאָף.נעמען LiCoO2 ווי אַ ביישפּיל, וואָס קענען צעלאָזן ביי ~ 180 ° C ווי גייט
די ברייקדאַון פון די קאַטאָוד איז אויך העכסט עקסאָטהערמיק, נאָך ינקריסינג די טעמפּעראַטור און דרוק און, ווי אַ רעזולטאַט, נאָך ספּידינג די ריאַקשאַנז.
בעשאַס בינע 2, די טעמפּעראַטור ינקריסיז און זויערשטאָף אַקיומיאַלייץ ין באַטעריז.דער טערמאַל ראַנאַוויי פּראָצעס לייזונג פון בינע 2 צו בינע 3 ווי באַלד ווי גענוג זויערשטאָף און היץ האָבן אַקיומיאַלייטיד פֿאַר באַטאַרייע קאַמבאַסטשאַן.
קאַמבאַסטשאַן און יקספּלאָוזשאַן (בינע 3)
אין בינע 3, קאַמבאַסטשאַן סטאַרץ.די עלעקטראָליטעס פון ליבס זענען אָרגאַניק, וואָס זענען כּמעט וניווערסאַל קאַמבאַניישאַנז פון סייקליק און לינעאַר אַלקיל קאַרבאָנאַטע.זיי האָבן הויך וואַלאַטילאַטי און זענען ינטרינסיקאַללי העכסט ברענעוודיק.גענומען די פאָלקס קאַרבאָנאַטע עלעקטראָליטע [דער געמיש פון עטאַלין קאַרבאַנייט (עק) + דימעטהיל קאַרבאַנייט (דמק) (1:1 לויט וואָג)] ווי אַ ביישפּיל, עס יגזיבאַץ אַ פארע דרוק פון 4.8 קפּאַ אין צימער טעמפּעראַטור און אַ גאָר נידעריק בליץ פונט. פון 25 ° ± 1 ° C ביי אַ לופט דרוק פון 1.013 באַר.די באפרייט זויערשטאָף און היץ אין בינע 2 צושטעלן די פארלאנגט טנאָים פֿאַר די קאַמבאַסטשאַן פון ברענעוודיק אָרגאַניק עלעקטראָליטעס, דערמיט קאָזינג פייַער אָדער יקספּלאָוזשאַן כאַזערדז.
אין סטאַגעס 2 און 3, די עקסאָטהערמיק ריאַקשאַנז פּאַסירן אונטער נאָענט-אַדיאַבאַטיק טנאָים.אזוי, אַקסעלערייטיד קורס קאַלאָרימעטרי (ARC) איז אַ וויידלי געוויינט טעכניק וואָס סימיאַלייץ די סוויווע אין די ליב, וואָס פאַסילאַטייץ אונדזער פארשטאנד פון די טערמאַל ראַנאַוויי אָפּרוף קינעטיק.פיגורע 2ווייזט אַ טיפּיש ARC ויסבייג פון אַ LIB רעקאָרדעד בעשאַס די טערמאַל זידלען טעסץ.סימולאַטינג די טעמפּעראַטור ינקריסיז אין בינע 2, אַ פונדרויסנדיק מקור פון היץ ינקריסיז די באַטאַרייע טעמפּעראַטור צו די אָנסעט טעמפּעראַטור.העכער דעם טעמפּעראַטור, די SEI דיקאַמפּאָוזיז, וואָס וועט צינגל מער עקסאָטהערמיק כעמישער ריאַקשאַנז.יווענטשאַוואַלי, די סעפּאַראַטאָר וועט צעלאָזן.דער זיך-באַהיצונג קורס וועט פאַרגרעסערן דערנאָכדעם, לידינג צו טערמאַל ראַנאַוויי (ווען די זיך-באַהיצונג קורס איז> 10 ° C / מין) און עלעקטראָליטע קאַמבאַסטשאַן (בינע 3).
די אַנאָוד איז מיסאָקאַרבאַן מיקראָבעאַד גראַפייט.די קאַטאָוד איז LiNi0.8Co0.05Al0.05O2.די עלעקטראָליטע איז 1.2 M LiPF6 אין EC/PC/DMC.א סעלגאַרד 2325 טרילייַער סעפּאַראַטאָר איז געניצט.אַדאַפּטעד מיט דערלויבעניש פון עלעקטראָטשעמיקאַל געזעלשאפט ינק.
עס זאָל זיין אנגעוויזן אַז די ריאַקשאַנז אילוסטרירט אויבן טאָן ניט שטרענג פּאַסירן איינער נאָך דעם אנדערן אין די געגעבן סדר.זיי זענען, אלא, קאָמפּלעקס און סיסטעמאַטיש ישוז.
מאַטעריאַלס מיט ימפּרוווד באַטערי זיכערקייַט
באַזירט אויף די פארשטאנד פון באַטאַרייע טערמאַל ראַנאַוויי, פילע אַפּראָוטשיז זענען געלערנט, מיט די ציל פון רידוסינג זיכערקייַט כאַזערדז דורך די באַרדאַסדיק פּלאַן פון באַטאַרייע קאַמפּאָונאַנץ.אין די סאַקסידינג סעקשאַנז, מיר סאַמערייז פאַרשידענע מאַטעריאַלס אַפּראָוטשיז צו פֿאַרבעסערן באַטאַרייע זיכערקייַט, סאַלווינג פּראָבלעמס קאָראַספּאַנדינג צו פאַרשידענע טערמאַל ראַנאַוויי סטאַגעס.
צו סאָלווע די פּראָבלעמס אין בינע 1 (דער אָנסעט פון אָוווערכיטינג)
פאַרלאָזלעך אַנאָוד מאַטעריאַלס.די לי דענדריטע פאָרמירונג אויף די אַנאָוד פון LIB ינישיאַץ דער ערשטער בינע פון טערמאַל ראַנאַוויי.כאָטש דעם אַרויסגעבן איז ילימאַנייטאַד אין די אַנאָודס פון געשעפט ליב (למשל קאַרבאָוכייאָוס אַאָודז), לי דענדריטע פאָרמירונג איז נישט גאָר ינכיבאַטאַד.פֿאַר בייַשפּיל, אין געשעפט ליב, דענדריטע דעפּאַזישאַן אַקערז פּרעפערענטשאַלי ביי גראַפייט ילעקטראָוד עדזשאַז אויב די אַנאָדעס און קאַטאָודז זענען נישט געזונט פּערד.אין אַדישאַן, די ימפּראַפּער אָפּעראַציע טנאָים פון די ליבס קענען אויך רעזולטאַט אין לי מעטאַל דעפּאַזישאַן מיט דענדריטע וווּקס.עס איז באקאנט אַז דענדריטע קענען זיין לייכט געשאפן אויב די באַטאַרייע איז באפוילן (איך) אין הויך קראַנט דענסאַטיז ווו די דעפּאַזישאַן פון לי מעטאַל איז פאַסטער ווי די דיפיוזשאַן פון לי ייאַנז אין די פאַרנעם גראַפייט;(ii) אונטער אָוווערטשאַרדזשינג טנאָים ווען גראַפייט איז אָוווערליטהייטיד;און (iii) ביי נידעריק טעמפּעראַטורעס [פֿאַר בייַשפּיל, סאַבמביאַנט טעמפּעראַטור (~0 ° C)], רעכט צו דער געוואקסן וויסקאָסיטי פון די פליסיק עלעקטראָליטע און די געוואקסן לי-יאָן דיפיוזשאַן קעגנשטעל.
פֿון די פונט פון מיינונג פון מאַטעריאַלס פּראָפּערטיעס, דער וואָרצל אָריגין דיטערמאַנינג די אָנסעט פון לי דענדריטע וווּקס אויף די אַנאָוד איז די אַנסטייבאַל און ניט-וניניפאָרם SEI, וואָס ז אַניוואַן היגע קראַנט פאַרשפּרייטונג.עלעקטראָליטע קאַמפּאָונאַנץ, ספּעציעל אַדאַטיווז, האָבן שוין ינוועסטאַגייטאַד צו פֿאַרבעסערן SEI יונאַפאָרמאַטי און עלימינירן לי דענדריטע פאָרמירונג.טיפּיש אַדאַטיווז אַרייַננעמען ינאָרגאַניק קאַמפּאַונדז [למשל, CO2, LiI, אאז"ו ו] און אָרגאַניק קאַמפּאַונדז מיט אַנסאַטשערייטיד טשאַד קייטן אַזאַ ווי וויינאַל קאַרבאַנייט און מאַלעימידע אַדאַטיווז;אַנסטייבאַל סייקליק מאַלאַקיולז אַזאַ ווי בוטיראָלאַקטאָנע, עטאַלין סולפיטע, און זייער דעריוואַטיווז;און פלאָראַנייטיד קאַמפּאַונדז אַזאַ ווי פלואָרעטהילענע קאַרבאַנייט, צווישן אנדערע.אפילו ביי די פּאַרץ-פּער-מיליאָן מדרגה, די מאַלאַקיולז קענען נאָך פֿאַרבעסערן די SEI מאָרפאָלאָגי, אַזוי כאָומאַדזשאַנייזינג די לי-יאָן פלאַקס און ילימאַנייטינג די מעגלעכקייט פון לי דענדריטע פאָרמירונג.
קוילעלדיק, די לי דענדריטע טשאַלאַנדזשיז זענען נאָך פאָרשטעלן אין גראַפייט אָדער קאַרבאָוכייאָוס אַאָודז און סיליציום / סיאָ מיט ווייַטער-דור אַנאָדעס.סאַלווינג די אַרויסגעבן פון לי דענדריטע וווּקס איז אַ אַרויסרופן וואָס איז קריטיש פֿאַר די אַדאַפּטיישאַן פון הויך-ענערגיע געדיכטקייַט לי-יאָן כעמיע אין דעם לעבן צוקונפֿט.עס זאָל זיין אנגעוויזן אַז, לעצטנס, היפּש השתדלות האָבן שוין דעדאַקייטאַד צו סאַלווינג די אַרויסגעבן פון לי דענדריטע פאָרמירונג אין ריין לי מעטאַל אַנאָדעס דורך האָמאָגענייזינג די לי-יאָן פלאַקס בעשאַס לי דעפּאַזישאַן;פֿאַר בייַשפּיל, פּראַטעקטיוו שיכטע קאָוטינג, קינסטלעך סעי ינזשעניעריע, אאז"ו ו. אין דעם אַספּעקט, עטלעכע פון די מעטהאָדס קען עפשער אָפּדאַך ליכט אויף ווי צו מאַכנ זיך די אַרויסגעבן אויף קאַרבאָוכיידרייץ אַנאָדעס אין ליב.
מולטיפונקטיאָנאַל פליסיק עלעקטראָליטעס און סעפּערייטערז.די פליסיק עלעקטראָליטע און סעפּאַראַטאָר שפּילן שליסל ראָלעס אין פיזיקלי סעפּערייטינג די הויך-ענערגיע קאַטאָוד און אַנאָוד.אזוי, געזונט-דיזיינד מולטיפונקטיאָנאַל עלעקטראָליטעס און סעפּערייטערז קענען באטייטיק באַשיצן די באַטעריז אין דער פרי בינע פון טערמאַל ראַנאַוויי באַטאַרייע (בינע 1).
צו באַשיצן באַטעריז פון מעטשאַניקאַל קראַשינג, אַ שערן טיקנינג פליסיק עלעקטראָליטע איז באקומען דורך די פּשוט אַדישאַן פון פיומעד סיליקאַ צו קאַרבאָנאַטע עלעקטראָליטע (1 M LiFP6 אין EC / DMC).אויף מעטשאַניקאַל דרוק אָדער פּראַל, די פליסיק יגזיבאַץ אַ שערן טיקנינג ווירקונג מיט אַ פאַרגרעסערן אין וויסקאָסיטי, דעריבער דיסאַפּייטינג די פּראַל ענערגיע און דעמאַנסטרייטינג טאָלעראַנץ צו קראַשינג (פיגורע 3 א)
פיגורע 3 סטראַטעגיעס צו סאָלווע די ישוז אין בינע 1.
(א) שערן טיקנינג עלעקטראָליטע.שפּיץ: פֿאַר נאָרמאַל עלעקטראָליטע, מעטשאַניקאַל פּראַל קענען פירן צו באַטאַרייע ינערלעך שאָרטינג, קאָזינג פירעס און יקספּלאָוזשאַנז.דנאָ: דער ראָמאַן קלוג עלעקטראָליטע מיט שערן טיקנינג ווירקונג אונטער דרוק אָדער פּראַל דעמאַנסטרייץ ויסגעצייכנט טאָלעראַנץ צו קראַשינג, וואָס קען באטייטיק פֿאַרבעסערן די מעטשאַניקאַל זיכערקייַט פון באַטעריז.(ב) ביפונקטיאָנאַל סעפּאַראַטאָרס פֿאַר פרי דיטעקשאַן פון ליטהיום דענדריטעס.דענדריטע פאָרמירונג אין אַ טראדיציאנעלן ליטהיום באַטאַרייע, ווו גאַנץ דורכדרונג פון די סעפּאַראַטאָר דורך אַ ליטהיום דענדריטע איז בלויז דיטעקטאַד ווען די באַטאַרייע פיילז ווייַל פון אַ ינערלעך קורץ קרייַז.אין פאַרגלייַך, אַ ליטהיום באַטאַרייע מיט אַ בייפונקטיאָנאַל סעפּאַראַטאָר (באשטייט פון אַ קאַנדאַקטינג שיכטע סאַנדוויטשד צווישן צוויי קאַנווענשאַנאַל סעפּאַראַטאָרס), ווו די אָוווערגראָון ליטהיום דענדריטע פּענאַטרייץ די סעפּאַראַטאָר און מאכט קאָנטאַקט מיט די קאַנדאַקטינג קופּער שיכטע, ריזאַלטינג אין אַ קאַפּ איןVCu−Li, וואָס סערוועס ווי אַ ווארענונג פון ימפּענדינג דורכפאַל רעכט צו אַ ינערלעך קורץ קרייַז.אָבער, די פול באַטאַרייע בלייבט בעשאָלעם אַפּעריישאַנאַל מיט ניט-נול פּאָטענציעל.(א) און (ב) זענען אַדאַפּטיד אָדער ריפּראַדוסט מיט דערלויבעניש פון ספּרינגער נאַטור.(C) טרילייַער סעפּאַראַטאָר צו פאַרנוצן כאַזערדאַס לי דענדריטעס און פאַרברייטערן די באַטאַרייע לעבן.לינקס: ליטהיום אַנאָדעס קענען לייכט פאָרעם דענדריטיק דיפּאַזאַץ, וואָס קענען ביסלעכווייַז וואַקסן ביגער און דורכנעמען די ינערט פּאָלימער סעפּאַראַטאָר.ווען די דענדריטעס לעסאָף פאַרבינדן די קאַטאָוד און אַנאָוד, די באַטאַרייע איז קורץ-סירקויטעד און פיילז.רעכט: א שיכטע פון סיליקאַ נאַנאָפּאַרטיקלעס איז סאַנדוויטשד דורך צוויי לייַערס פון געשעפט פּאָלימער סעפּאַראַטאָרס.דעריבער, ווען ליטהיום דענדריטעס וואַקסן און דורכנעמען די סעפּאַראַטאָר, זיי וועלן קאָנטאַקט די סיליקאַ נאַנאָפּאַרטיקלעס אין די סאַנדוויטשד שיכטע און זיין עלעקטראָטשעמיקלי קאַנסומד.(ד) סקאַנינג עלעקטראָן מיקראָסקאָפּי (SEM) בילד פון די סיליקאַ נאַנאָפּאַרטיקלע סאַנדוויטשד סעפּאַראַטאָר.(E) טיפּיש וואָולטידזש קעגן צייט פּראָפיל פון אַ לי / לי באַטאַרייע מיט אַ קאַנווענשאַנאַל סעפּאַראַטאָר (רויט ויסבייג) און די סיליקאַ נאַנאָפּאַרטיקלע סאַנדוויטשד טרילייַער סעפּאַראַטאָר (שוואַרץ ויסבייג) טעסטעד אונטער די זעלבע טנאָים.(C), (D), און (E) זענען ריפּראַדוסט מיט דערלויבעניש פון John Wiley און Sons.(F) סכעמאַטיש געמעל פון די מעקאַניזאַמז פון די רעדאָקס וועבשיפל אַדאַטיווז.אויף אַ אָוווערטשאַרדזשד קאַטאָוד ייבערפלאַך, די רעדאָקס אַדאַטיוו איז אַקסאַדייזד צו די פאָרעם [אָ], וואָס דערנאָך וואָלט זיין רידוסט צוריק צו זיין אָריגינעל שטאַט [ר] אויף די ייבערפלאַך פון די אַנאָוד דורך דיפיוזשאַן דורך די עלעקטראָליטע.די עלעקטראָטשעמיקאַל ציקל פון אַקסאַדיישאַן-דיפיוזשאַן-רעדוקציע-דיפיוזשאַן קענען זיין מיינטיינד ינדעפאַנאַטלי און דעריבער לאַקס די קאַטאָוד פּאָטענציעל פון כאַזערדאַס אָוווערטשאַרדזשינג.(ג) טיפּיש כעמישער סטראַקטשערז פון די רעדאָקס וועבשיפל אַדאַטיווז.(ה) מעקאַניזאַם פון די שאַטדאַון אָוווערטשאַרדזש אַדאַטיווז וואָס קענען עלעקטראָטשעמיקלי פּאַלימערייז מיט הויך פּאָטענציעל.(איך) טיפּיש כעמיש סטראַקטשערז פון די שאַטדאַון אָוווערטשאַרדזש אַדאַטיווז.די ארבעטן פּאָטענציעל פון די אַדאַטיווז זענען ליסטעד אונטער יעדער מאָלעקולאַר סטרוקטור אין (ג), (ה), און (איך).
סעפּאַראַטאָרס קענען ילעקטראַניקלי ינסאַלייט די קאַטאָוד און אַנאָוד און שפּילן אַ וויכטיק ראָלע אין מאָניטאָרינג די געזונט צושטאַנד פון אַ באַטאַרייע אין סיטו צו פאַרמייַדן ווייַטער דיטיריעריישאַן פאַרגאַנגענהייַט בינע 1.פיגורע 3 ב) קענען צושטעלן אַ נייַע וואָולטידזש סענסינג פֿונקציע.ווען אַ דענדריטע וואקסט אויס און ריטשאַז די ינטערמידייט שיכטע, עס וועט פאַרבינדן די מעטאַל שיכטע און די אַנאָוד אַזוי אַז אַ פּלוצעמדיק וואָולטידזש קאַפּ צווישן זיי קענען זיין דיטעקטאַד מיד ווי אַ רעזולטאַט.
אַחוץ דיטעקשאַן, אַ טרילייַער סעפּאַראַטאָר איז דיזיינד צו פאַרנוצן די כאַזערדאַס לי דענדריטעס און פּאַמעלעך זייער וווּקס נאָך דורכנעמען די סעפּאַראַטאָר.א שיכטע פון סיליקאַ נאַנאָפּאַרטיקלעס, סאַנדוויטשד דורך צוויי לייַערס פון געשעפט פּאָליאָלעפין סעפּערייטערז (פײג 3, C און D), קענען פאַרנוצן קיין פּענאַטרייטינג כאַזערדאַס לי דענדריטעס, אַזוי יפישאַנטלי ימפּרוווינג די באַטאַרייע זיכערקייַט.די לעבן פון די פּראָטעקטעד באַטאַרייע איז באטייטיק עקסטענדעד מיט בעערעך פינף מאל קאַמפּערד מיט די קאַנווענשאַנאַל סעפּערייטערז (פיגורע 3 ע).
אָווערטשאַרדזשינג שוץ.אָווערטשאַרדזשינג איז דיפיינד ווי טשאַרדזשינג אַ באַטאַרייע ווייַטער פון זייַן דיזיינד וואָולטידזש.אָווערטשאַרדזשינג קען זיין טריגערד דורך הויך ספּעציפיש קראַנט דענסאַטיז, אַגרעסיוו טשאַרדזשינג פּראָופיילז, אאז"ו ו, וואָס קענען ברענגען אַ סעריע פון פּראָבלעמס, אַרייַנגערעכנט (איך) דעפּאַזישאַן פון לי מעטאַל אויף די אַנאָוד, וואָס עמעס אַפעקץ די עלעקטראָטשעמיקאַל פאָרשטעלונג און זיכערקייַט פון די באַטאַרייע;(ii) דיקאַמפּאָוזישאַן פון די קאַטאָוד מאַטעריאַל, ריליסינג זויערשטאָף;און (iii) דיקאַמפּאָוזישאַן פון די אָרגאַניק עלעקטראָליטע, ריליסינג היץ און גאַז פּראָדוקטן (H2, כיידראָוקאַרבאַנז, CO, אאז"ו ו), וואָס זענען פאַראַנטוואָרטלעך פֿאַר טערמאַל ראַנאַוויי.די עלעקטראָטשעמיקאַל ריאַקשאַנז בעשאַס די דיקאַמפּאָוזישאַן זענען קאָמפּליצירט, עטלעכע פון וואָס זענען ליסטעד אונטן.
דער אַסטעריסק (*) דינייץ אַז די הידראָגען גאַז ערידזשאַנייץ פון די פּראָטיק, געלאזן גרופּעס דזשענערייטאַד בעשאַס די אַקסאַדיישאַן פון קאַרבאָנאַטע ביי די קאַטאָוד, וואָס דאַן דיפיוזד צו די אַנאָוד צו זיין רידוסט און דזשענערייט H2.
אויף דער באזע פון די דיפעראַנסיז אין זייער פאַנגקשאַנז, די אָוווערטשאַרדזש שוץ אַדאַטיווז קענען זיין קלאַסאַפייד ווי רעדאָקס וועבשיפל אַדאַטיווז און שאַטדאַון אַדאַטיווז.די ערשטע פּראַטעקץ די צעל פון אָוווערטשאַרדזש ריווערסאַבאַל, בשעת די יענער טערמאַנייץ צעל אָפּעראַציע פּערמאַנאַנטלי.
רעדאָקס וועבשיפל אַדאַטיווז פונקציאָנירן דורך עלעקטראָטשעמיקאַללי שאַנטינג די וידעפדיק אָפּצאָל ינדזשעקטיד אין די באַטאַרייע ווען אָוווערטשאַרדזש אַקערז.ווי געוויזן איןפיגורע 3 פ, דער מעקאַניזאַם איז באזירט אויף אַ רעדאָקס אַדאַטיוו וואָס האט אַ אַקסאַדיישאַן פּאָטענציעל אַ ביסל נידעריקער ווי אַז פון די עלעקטראָליטע אַנאָדיק דיקאַמפּאָוזישאַן.אויף אַ אָוווערטשאַרדזשד קאַטאָוד ייבערפלאַך, די רעדאָקס אַדאַטיוו איז אַקסאַדייזד צו די פאָרעם [אָ], וואָס דערנאָך וואָלט זיין רידוסט צוריק צו זיין אָריגינעל שטאַט [ר] אויף די ייבערפלאַך פון די אַנאָוד נאָך דיפיוזשאַן דורך די עלעקטראָליטע.דערנאָך, די רידוסט אַדאַטיוו קענען דיפיוזז צוריק צו די קאַטאָוד, און די עלעקטראָטשעמיקאַל ציקל פון "אַקסאַדיישאַן-דיפיוזשאַן-רעדוקציע-דיפיוזשאַן" קענען זיין מיינטיינד ינדעפאַנאַטלי און דערפאר לאַקס די קאַטאָוד פּאָטענציעל פון ווייַטער כאַזערדאַס אָוווערטשאַרדזשינג.שטודיום האָבן געוויזן אַז די רעדאָקס פּאָטענציעל פון די אַדאַטיווז זאָל זיין וועגן 0.3 צו 0.4 V העכער די פּאָטענציעל פון די קאַטאָוד.
א סעריע פון אַדאַטיווז מיט געזונט-טיילערד כעמישער סטראַקטשערז און רעדאָקס פּאָטענציעלז זענען דעוועלאָפּעד, אַרייַנגערעכנט אָרגאַנאָמעטאַלליק מעטאַלאָסענעס, פענאָטיאַזינעס, טריפענילאַמינעס, דימעטהאָקסיבענזענע און זייער דעריוואַטיווז, און 2-(פּענטאַפלואָראָפעניל)-טעטראַפלואָראָ-1,3,2-בענזאָדיאָקסאַבאָראָלע (פיגורע 3 ג).דורך טיילערינג מאָלעקולאַר סטראַקטשערז, די אַדאַטיוו אַקסאַדיישאַן פּאָטענציעל קענען זיין טונד צו העכער 4 V, וואָס איז פּאַסיק פֿאַר די ראַפּאַדלי דעוועלאָפּינג הויך-וואָולטידזש קאַטאָוד מאַטעריאַלס און עלעקטראָליטעס.די גרונט פּלאַן פּרינציפּ ינוואַלווז לאָוערינג די העכסטן פאַרנומען מאָלעקולאַר אָרבאַטאַל פון די אַדאַטיוו דורך אַדינג עלעקטראָן-וויטדראָינג סאַבסטאַטוץ, וואָס פירן צו אַ פאַרגרעסערן אין אַקסאַדיישאַן פּאָטענציעל.חוץ אָרגאַניק אַדאַטיווז, עטלעכע ינאָרגאַניק סאָלץ, וואָס קענען ניט בלויז פונקציאָנירן ווי די עלעקטראָליטע זאַלץ, אָבער אויך קענען דינען ווי אַ רעדאָקס וועבשיפל, אַזאַ ווי פּערפלואָראָבאָראַנע קנויל סאָלץ [דאָס איז, ליטהיום פלואָראָדאָדעקאַבאָראַטעס (Li2B12F)xH12−x)], האָבן אויך געפֿונען עפעקטיוו רעדאָקס וועבשיפל אַדאַטיווז.
שאַטדאַון אָוווערטשאַרדזש אַדאַטיווז זענען אַ קלאַס פון יריווערסאַבאַל אָוווערטשאַרדזש שוץ אַדאַטיווז.זיי פונקציאָנירן אָדער דורך ריליסינג גאַז ביי הויך פּאָטענציעלז, וואָס, אין קער, אַקטאַווייץ אַ קראַנט ינטעררופּטער מיטל, אָדער דורך פּערמאַנאַנטלי עלעקטראָטשעמיקלי פּאַלימערייזינג ביי הויך פּאָטענציעלז צו פאַרענדיקן די באַטאַרייע אָפּעראַציע איידער קאַטאַסטראָפיק רעזולטאַטן פאַלן (פיגורע 3 ה).ביישפילן פון די ערשטע אַרייַננעמען קסילענע, סיקלאָהעקסילבענזענע, און ביפעניל, בשעת ביישפילן פון די יענער אַרייַננעמען ביפעניל און אנדערע סאַבסטאַטוטאַד עראַמאַטיק קאַמפּאַונדז (פיגורע 3 י).די נעגאַטיוו יפעקץ פון שאַטדאַון אַדאַטיווז זענען נאָך די לאַנג-טערמין אָפּעראַציע און סטאָרידזש פאָרשטעלונג פון די LIBs ווייַל פון די יריווערסאַבאַל אַקסאַדיישאַן פון די קאַמפּאַונדז.
צו סאָלווע די פּראָבלעמס אין בינע 2 (היץ אַקיומיאַליישאַן און גאַז מעלדונג פּראָצעס)
פאַרלאָזלעך קאַטאָוד מאַטעריאַלס.ליטהיום יבערגאַנג מעטאַל אַקסיידז, אַזאַ ווי לייערד אַקסיידז LiCoO2, LiNiO2 און LiMnO2;די ספּינעל-טיפּ אַקסייד לימ2אָ4;און די פּאָליאַניאָן טיפּ LiFePO4, זענען פּאַפּיאַלערלי געניצט קאַטאָוד מאַטעריאַלס, וואָס, אָבער, האָבן זיכערקייַט ישוז ספּעציעל אין הויך טעמפּעראַטורעס.צווישן זיי, די אָליווינע-סטראַקטשערד LiFePO4 איז לעפיערעך זיכער, וואָס איז סטאַביל אַרויף צו 400 ° C, בשעת LiCoO2 סטאַרץ צו צעלייגנ ביי 250 ° C.די סיבה פֿאַר די ימפּרוווד זיכערקייַט פון LiFePO4 איז אַז אַלע די זויערשטאָף ייאַנז פאָרעם שטאַרק קאָוואַלענט קייטן מיט P5+ צו פאָרעם די PO43- טעטראַהעדראַל פּאָליאַניאַנז, וואָס סטייבאַלייז די גאנצע דריי-דימענשאַנאַל פריימווערק און צושטעלן ימפּרוווד פעסטקייַט קאַמפּערד מיט אנדערע קאַטאָוד מאַטעריאַלס, כאָטש עס נאָך האָבן שוין עטלעכע באַטאַרייע פייַער אַקסאַדאַנץ געמאלדן.די הויפּט זיכערקייַט דייַגע קומט פון די דיקאַמפּאָוזישאַן פון די קאַטאָוד מאַטעריאַלס ביי הויך טעמפּעראַטורעס און די סיימאַלטייניאַס מעלדונג פון זויערשטאָף, וואָס צוזאַמען קענען פירן צו קאַמבאַסטשאַן און יקספּלאָוזשאַנז, וואָס קאַמפּראַמייזיז די באַטאַרייע זיכערקייַט.פֿאַר בייַשפּיל, די קריסטאַל סטרוקטור פון די לייערד אַקסייד LiNiO2 איז אַנסטייבאַל ווייַל פון די עקזיסטענץ פון Ni2+, די ייאַניק גרייס פון וואָס איז ענלעך צו די פון Li+.די דעליטיאַטעד ליxNiO2 (x<1) טענדז צו יבערמאַכן צו אַ מער סטאַביל ספּינעל-טיפּ פאַסע ליני2אָ4 (ספּינעל) און ראַקסאַלט-טיפּ ניאָ, מיט זויערשטאָף רעלעאַסעד אין פליסיק עלעקטראָליטע ביי אַרום 200 ° C, לידינג צו עלעקטראָליטע קאַמבאַסטשאַן.
היפּש השתדלות האָבן שוין געמאכט צו פֿאַרבעסערן די טערמאַל פעסטקייַט פון די קאַטאָוד מאַטעריאַלס דורך אַטאָם דאָפּינג און ייבערפלאַך פּראַטעקטיוו קאָוטינגז.
אַטאָם דאָפּינג קענען באטייטיק פאַרגרעסערן די טערמאַל פעסטקייַט פון די לייערד אַקסייד מאַטעריאַלס רעכט צו דער ריזאַלטינג סטייבאַלייזד קריסטאַל סטראַקטשערז.די טערמאַל פעסטקייַט פון LiNiO2 אָדער Li1.05Mn1.95O4 קענען זיין באטייטיק ימפּרוווד דורך פּאַרטיייש סאַבסטיטושאַן פון Ni אָדער Mn מיט אנדערע מעטאַל קיישאַנז, אַזאַ ווי קאָו, מן, מג און על.פֿאַר LiCoO2, די הקדמה פון דאָפּינג און אַללויינג עלעמענטן אַזאַ ווי Ni און Mn קענען דראַסטיקלי פאַרגרעסערן די דיקאַמפּאָוזישאַן אַנסעט טעמפּעראַטור.Tדעצעמבער, בשעת אויך אַוווידינג ריאַקשאַנז מיט עלעקטראָליטע אין הויך טעמפּעראַטורעס.אָבער, ינקריסאַז אין קאַטאָוד טערמאַל פעסטקייַט אין אַלגעמיין קומען מיט קרבנות אין ספּעציפיש קאַפּאַציטעט.צו סאָלווע דעם פּראָבלעם, אַ קאַנסאַנטריישאַן-גראַדיענט קאַטאָוד מאַטעריאַל פֿאַר קריקאָנלאָדלעך ליטהיום באַטעריז באזירט אויף אַ לייערד ליטהיום ניקאַל קאָבאַלט מאַנגאַנעס אַקסייד איז דעוועלאָפּעד (פיגורע 4 א) .אין דעם מאַטעריאַל, יעדער פּאַרטאַקאַל האט אַ Ni-רייַך הויפט פאַרנעם און אַ Mn-רייַך ויסווייניקסט שיכטע, מיט דיקריסינג Ni קאַנסאַנטריישאַן און ינקריסינג Mn און Co קאַנסאַנטריישאַנז ווען די ייבערפלאַך איז אַפּראָוטשט (פיגורע 4 ב).די ערשטע גיט הויך קאַפּאַציטעט, כוועראַז די יענער ימפּרוווז טערמאַל פעסטקייַט.דער ראָמאַן קאַטאָוד מאַטעריאַל איז געוויזן צו פֿאַרבעסערן די זיכערקייַט פון באַטעריז אָן קאַמפּראַמייזינג זייער עלעקטראָטשעמיקאַל פאָרשטעלונג (פיגורע 4 ק).
פיגורע 4 סטראַטעגיעס צו סאָלווע די ישוז אין בינע 2: פאַרלאָזלעך קאַטאָודז.
(א) סכעמאַטיש דיאַגראַמע פון אַ positive ילעקטראָוד פּאַרטאַקאַל מיט אַ ני-רייַך האַרץ סעראַונדאַד דורך אַ קאַנסאַנטריישאַן-גראַדיענט ויסווייניקסט שיכטע.יעדער פּאַרטאַקאַל האט אַ Ni-רייַך הויפט פאַרנעם לי(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2 און אַ Mn-רייַך ויסווייניקסט שיכטע [Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2] מיט דיקריסינג Ni קאַנסאַנטריישאַן און ינקריסינג Mn און Co קאַנסאַנטריישאַנז ווי דער ייבערפלאַך איז אַפּראָוטשט.די ערשטע גיט הויך קאַפּאַציטעט, כוועראַז די יענער ימפּרוווז די טערמאַל פעסטקייַט.די דורכשניטלעך זאַץ איז Li(Ni0.68Co0.18Mn0.18)O2.א סקאַנינג עלעקטראָן מיקראָגראַף פון אַ טיפּיש פּאַרטאַקאַל איז אויך געוויזן אויף די רעכט.(ב) עלעקטראָן-זאָנד רענטגענ-שטראַל מיקראָאַנאַליסיס רעזולטאַטן פון די לעצט ליטיאַטעד אַקסייד לי(ני0.64קאָ0.18מנ0.18) אָ2.די גראַדזשואַל קאַנסאַנטריישאַן ענדערונגען פון Ni, Mn און Co אין די ינטערלייַער זענען קענטיק.די Ni קאַנסאַנטריישאַן דיקריסאַז, און די Co און Mn קאַנסאַנטריישאַנז פאַרגרעסערן צו די ייבערפלאַך.(C) דיפפערענטשאַל סקאַנינג קאַלאָרימעטרי (דסק) טראַסעס ווייזן היץ לויפן פון דער אָפּרוף פון די עלעקטראָליטע מיט קאַנסאַנטריישאַן-גראַדיענט מאַטעריאַל לי(ני0.64קאָ0.18מנ0.18) אָ2, די ני-רייַך הויפט מאַטעריאַל לי(ני0.8קאָ0.1מנ0. 1) אָ2, און די מן-רייַך ויסווייניקסט שיכטע [לי(ני0.46קאָ0.23מנ0.31) אָ2].די מאַטעריאַלס זענען באפוילן צו 4.3 וו. (א), (ב), און (C) זענען ריפּראַדוסט מיט דערלויבעניש פון ספּרינגער נאַטור.(ד) לינקס: טראַנסמיסיע עלעקטראָן מיקראָסקאָפּי (TEM) העל-פעלד בילד פון די אַלפּאָקסנומקס נאַנאָפּאַרטיקלע-קאָוטאַד ליקאָאָקסנומקס;ענערגיע דיספּערסיוו X-Ray ספּעקטראָמעטרי קאַנפערמז די על און פּ קאַמפּאָונאַנץ אין די קאָוטינג שיכטע.רעכט: הויך-האַכלאָטע TEM בילד ווייזונג די אַלפּאָ 4 נאַנאָפּאַרטיקלעס (~ 3 נם אין דיאַמעטער) אין די נאַנאָסקאַלע קאָוטינג שיכטע;די אַראָוז אָנווייַזן די צובינד צווישן די AlPO4 שיכטע און LiCoO2.(E) לינקס: א בילד פון אַ צעל מיט אַ נאַקעט LiCoO2 קאַטאָוד נאָך די 12-V אָוווערטשאַרדזש טעסט.די צעל האט געברענט און אויפגעריסן ביי יענע וואולטידזש.רעכט: א בילד פון אַ צעל מיט די AlPO4 נאַנאָפּאַרטיקלע-קאָוטאַד LiCoO2 נאָך די 12-V אָוווערטשאַרדזש טעסט.(ד) און (E) זענען ריפּראַדוסט מיט דערלויבעניש פון John Wiley און Sons.
אן אנדער סטראַטעגיע צו פֿאַרבעסערן טערמאַל פעסטקייַט איז צו מאַנטל די קאַטאָוד מאַטעריאַל מיט אַ פּראַטעקטיוו דין פּלאַסט פון טערמאַל סטאַביל לי + קאַנדאַקטינג קאַמפּאַונדז, וואָס קענען פאַרמייַדן די דירעקט קאָנטאַקט פון קאַטאָוד מאַטעריאַלס מיט עלעקטראָליטע און אַזוי פאַרמינערן זייַט ריאַקשאַנז און היץ אַנטוויקלונג.די קאָאַטינגס קענען זיין אָדער ינאָרגאַניק פילמס [למשל, ZnO, Al2O3, AlPO4, AlF3, אאז"ו ו] וואָס קענען פירן לי ייאַנז נאָך ליטהיאַטעד (פײג 4, ד און E), אָדער אָרגאַניק פילמס, אַזאַ ווי פּאָלי(דיאַללידימעטהילאַממאָניום קלאָרייד), פּראַטעקטיוו פילמס געשאפן דורך γ-בוטיראָלאַקטאָנע אַדאַטיווז, און מולטיקאָמפּאָנענט אַדאַטיווז (באשטייט פון וויינאַל קאַרבאַנייט, 1,3-פּראָפּילענע סולפיטע און דימעטהילאַסעטאַמידע).
ינטראָודוסינג אַ קאָוטינג מיט אַ positive טעמפּעראַטור קאָואַפישאַנט איז אויך עפעקטיוו פֿאַר ינקריסינג קאַטאָוד זיכערקייַט.פֿאַר בייַשפּיל, פּאָלי(3-דעסילטהיאָפענע)-קאָוטאַד ליקאָאָ 2 קאַטאָודז קענען פאַרמאַכן אַראָפּ עלעקטראָטשעמיקאַל ריאַקשאַנז און זייַט ריאַקשאַנז אַמאָל די טעמפּעראַטור ריסעס אַרויף צו> 80 ° C, ווייַל די קאַנדאַקטיוו פּאָלימער שיכטע קענען געשווינד יבערמאַכן צו אַ העכסט רעסיסטיווע שטאַט.קאָאַטינגס פון זיך-טערמאַנייטיד אָליגאָמערס מיט כייפּער-בראַנטשט אַרקאַטעקטשער קענען אויך פונקציאָנירן ווי אַ טערמאַל אָפּרופיק בלאַקינג שיכטע צו פאַרמאַכן די באַטאַרייע פֿון די קאַטאָוד זייַט.
טערמאַל סוויטטשאַבלע קראַנט קאַלעקטער.שאַטדאַון פון עלעקטראָטשעמיקאַל ריאַקשאַנז בעשאַס באַטאַרייע טעמפּעראַטור ינקריסיז אין בינע 2 קענען יפישאַנטלי פאַרמייַדן די טעמפּעראַטור פון ינקריסינג.א שנעל און ריווערסאַבאַל טהערמאָרעספּאָנסיווע פּאָלימער סוויטשינג (טרפּס) איז ינקאָרפּערייטיד ינעווייניק אין די קראַנט קאַלעקטער (פיגורע 5 א) .די TRPS דין פילם באשטייט פון קאַנדאַקטיוו גראַפענע-קאָוטאַד ספּייקי נאַנאָסטרוקטורעד ניקאַל (GrNi) פּאַרטיקאַלז ווי די קאַנדאַקטיוו פיללער און אַ פּע מאַטריץ מיט אַ גרויס טערמאַל יקספּאַנשאַן קאָואַפישאַנט (α ~ 10-4 K-1).די ווי-פאַבריקייטיד פּאָלימער קאַמפּאַזאַט פילמס ווייַזן הויך קאַנדאַקטיוואַטי (σ) אין צימער טעמפּעראַטור, אָבער ווען די טעמפּעראַטור אַפּראָוטשיז די סוויטשינג טעמפּעראַטור (Ts), די קאַנדאַקטיוואַטי דיקריסאַז ין 1 ס דורך זיבן צו אַכט אָרדערס פון מאַגנאַטוד ווי אַ רעזולטאַט פון פּאָלימער באַנד יקספּאַנשאַן, וואָס סעפּערייץ די קאַנדאַקטיוו פּאַרטיקאַלז און ברייקס די קאַנדאַקטיוו פּאַטווייז (פיגורע 5 ב).דער פילם טייקעף ווערט ינסאַלייטינג און אַזוי טערמאַנייץ די באַטאַרייע אָפּעראַציע (פיגורע 5 ק).דער פּראָצעס איז העכסט ריווערסאַבאַל און קענען פונקציאָנירן אפילו נאָך קייפל אָוווערכיטינג געשעענישן אָן קאַמפּראַמייזינג די פאָרשטעלונג.
פיגורע 5 סטראַטעגיעס צו סאָלווע די ישוז אין בינע 2.
(א) סכעמאַטיש געמעל פון די טערמאַל סוויטשינג מעקאַניזאַם פון די TRPS קראַנט קאַלעקטער.די זיכער באַטאַרייע האט איין אָדער צוויי קראַנט קאַלעקטערז קאָוטאַד מיט אַ דין TRPS שיכטע.עס אַפּערייץ נאָרמאַלי אין צימער טעמפּעראַטור.אָבער, אין פאַל פון הויך טעמפּעראַטור אָדער גרויס קראַנט, די פּאָלימער מאַטריץ יקספּאַנדז, אַזוי סעפּערייטינג די קאַנדאַקטיוו פּאַרטיקאַלז, וואָס קענען פאַרמינערן זייַן קאַנדאַקטיוואַטי, זייער ינקריסינג זייַן קעגנשטעל און פאַרמאַכן אַראָפּ די באַטאַרייע.די באַטאַרייע סטרוקטור קענען אַזוי זיין פּראָטעקטעד אָן שעדיקן.אויף קאָאָלינג, די פּאָלימער שרינגקס און ריגיינדז די אָריגינעל קאַנדאַקטיוו פּאַטווייז.(ב) רעסיסטיוויטי ענדערונגען פון פאַרשידענע טרפּס פילמס ווי אַ פֿונקציע פון טעמפּעראַטור, אַרייַנגערעכנט פּע / גרני מיט פאַרשידענע גרני לאָודינג און PP / גרני מיט אַ 30% (וו / וו) לאָודינג פון גרני.(C) קאַפּאַציטעט קיצער פון די זיכער LiCoO2 באַטאַרייע סייקלינג צווישן 25 ° C און שאַטדאַון.די כּמעט נול קאַפּאַציטעט ביי 70 ° C ינדיקייץ פול שאַטדאַון.(א), (ב), און (C) זענען ריפּראַדוסט מיט דערלויבעניש פון ספּרינגער נאַטור.(ד) סכעמאַטיש פאַרטרעטונג פון מיקראָספערע-באזירט שאַטדאַון באַגריף פֿאַר ליבס.ילעקטראָודז זענען פאַנגקשאַנאַלייזד מיט טהערמאָרעספּאָנסיווע מיקראָספערעס וואָס, העכער אַ קריטיש ינערלעך באַטאַרייע טעמפּעראַטור, אַנדערגאָו אַ טערמאַל יבערגאַנג (צעשמעלצן).די מאָולטאַן קאַפּסאַלז מאַנטל די ילעקטראָוד ייבערפלאַך, פאָרמינג אַ יאָניקאַללי ינסאַלייטינג שלאַבאַן און פאַרמאַכן אַראָפּ די באַטאַרייע צעל.(E) א דין און זיך-שטייענדיק ינאָרגאַניק קאַמפּאַזאַט מעמבראַנע פארפאסט פון 94% אַלומאַנאַ פּאַרטיקאַלז און 6% סטירענע-בוטאַדיענע גומע (סבר) בינדער איז געווען צוגעגרייט דורך אַ לייזונג קאַסטינג אופֿן.רעכט: פאָטאָס וואָס ווייַזן די טערמאַל פעסטקייַט פון די ינאָרגאַניק קאַמפּאַזאַט סעפּאַראַטאָר און די פּע סעפּאַראַטאָר.די סעפּערייטערז זענען געהאלטן בייַ 130 ° C פֿאַר 40 מינוט.די פּע איז באטייטיק רידוסט פון די געגנט מיט די דאַטיד קוואַדראַט.אָבער, די קאָמפּאָסיטע סעפּאַראַטאָר האט נישט ווייַזן קלאָר ווי דער טאָג שרינגקידזש.רעפּראָדוצירט מיט דערלויבעניש פון Elsevier.(F) מאָלעקולאַר סטרוקטור פון עטלעכע הויך-מעלטינג טעמפּעראַטור פּאָלימערס ווי סעפּאַראַטאָר מאַטעריאַלס מיט נידעריק הויך-טעמפּעראַטור שרינגקידזש.שפּיץ: פּאָליימידע (פּי).מיטל: סעליאַלאָוס.דנאָ: פּאָלי(בוטילענע) טערעפטהאַלאַטע.(ג) לינקס: פאַרגלייַך פון די דסק ספּעקטראַ פון די פּי מיט די פּע און פּפּ סעפּאַראַטאָר;די פּי סעפּאַראַטאָר ווייזט ויסגעצייכנט טערמאַל פעסטקייַט אין די טעמפּעראַטור קייט פון 30 ° צו 275 ° סי.רעכט: דיגיטאַל אַפּאַראַט פאָטאָס קאַמפּערינג די וועטטאַביליטי פון אַ געשעפט סעפּאַראַטאָר און די ווי-סינטאַסייזד פּי סעפּאַראַטאָר מיט אַ פּראָפּילענע קאַרבאַנייט עלעקטראָליטע.רעפּראָדוצירט מיט דערלויבעניש פון די אמעריקאנער כעמישער געזעלשאפט.
טערמאַל שאַטדאַון סעפּאַראַטאָרס.אן אנדער סטראַטעגיע צו פאַרמייַדן טערמאַל ראַנאַוויי באַטעריז בעשאַס בינע 2 איז צו פאַרמאַכן די קאַנדאַקשאַן פּאַטוויי פון לי ייאַנז דורך די סעפּאַראַטאָר.סעפּאַראַטאָרס זענען שליסל קאַמפּאָונאַנץ פֿאַר די זיכערקייַט פון LIBs, ווייַל זיי פאַרמייַדן דירעקט עלעקטריקאַל קאָנטאַקט צווישן די הויך-ענערגיע קאַטאָוד און אַנאָוד מאַטעריאַלס בשעת זיי לאָזן ייאַניק אַריבערפירן.PP און PE זענען די מערסט קאַמאַנלי געניצט מאַטעריאַלס, אָבער זיי האָבן נעבעך טערמאַל פעסטקייַט, מיט מעלטינג פונקטן פון ~ 165 ° און ~ 135 ° C ריספּעקטיוולי.פֿאַר געשעפט ליב, סעפּערייטערז מיט אַ פּפּ / פּע / פּפּ טרילייַער סטרוקטור האָבן שוין קאַמערשאַלייזד, ווו פּע איז אַ פּראַטעקטיוו מיטל שיכטע.ווען די ינערלעך טעמפּעראַטור פון די באַטאַרייע ינקריסיז העכער אַ קריטיש טעמפּעראַטור (~ 130 ° C), די פּאָרעז פּע שיכטע טייל מעלץ, קלאָוזינג די פילם פּאָרעס און פּרעווענטינג מייגריישאַן פון ייאַנז אין די פליסיק עלעקטראָליטע, בשעת די PP שיכטע גיט מעטשאַניקאַל שטיצן צו ויסמיידן ינערלעך שאָרטינג .אַלטערנאַטיוועלי, טערמאַלי-ינדוסט שאַטדאַון פון LIB קענען אויך זיין אַטשיווד דורך ניצן טערמאָורעספּאָנסיווע פּע אָדער פּעראַפאַן וואַקס מיקראָספערעס ווי די פּראַטעקטיוו שיכטע פון די באַטאַרייע אַנאָדעס אָדער סעפּאַראַטאָרס.ווען די ינערלעך באַטאַרייע טעמפּעראַטור ריטשאַז אַ קריטיש ווערט, די מיקראָספערעס צעשמעלצן און מאַנטל די אַנאָוד / סעפּאַראַטאָר מיט אַ ניט-פּערמיאַבאַל שלאַבאַן, סטאָפּפּינג לי-יאָן אַריבערפירן און פאַרמאַכן די צעל פּערמאַנאַנטלי (פיגורע 5 ד).
סעפּאַראַטאָרס מיט הויך טערמאַל פעסטקייַט.צו פֿאַרבעסערן די טערמאַל פעסטקייַט פון באַטאַרייע סעפּערייטערז, צוויי אַפּראָוטשיז זענען דעוועלאָפּעד אין די לעצטע עטלעכע יאָרן:
(1) סעראַמיק-ענכאַנסט סעפּאַראַטאָרס, פאַבריקייטיד אָדער דורך דירעקט קאָוטינג אָדער אויף-ייבערפלאַך גראָוט פון סעראַמיק לייַערס אַזאַ ווי SiO2 און Al2O3 אויף יגזיסטינג פּאָליאָלעפין סעפּאַראַטאָר סערפאַסיז אָדער דורך סעראַמיק פּאַודערז עמבעדיד אין די פּאָלימעריק מאַטעריאַלס (פיגורע 5 ע), ווייַזן זייער הויך מעלטינג פונקטן און הויך מעטשאַניקאַל שטאַרקייַט און אויך האָבן לעפיערעך הויך טערמאַל קאַנדאַקטיוואַטי.עטלעכע קאָמפּאָסיטע סעפּאַראַטאָרס פאַבריקייטיד דורך דעם סטראַטעגיע האָבן שוין קאַמערשאַלייזד, אַזאַ ווי Separion (אַ האַנדל נאָמען).
(2) טשאַנגינג די סעפּאַראַטאָר מאַטעריאַלס פון פּאָליאָלעפין צו הויך-מעלטינג טעמפּעראַטור פּאָלימערס מיט נידעריק שרינגקידזש אויף באַהיצונג, אַזאַ ווי פּאָליימידע, סעליאַלאָוס, פּאָלי (בוטילענע) טערעפטהאַלאַטע, און אנדערע אַנאַלאָגאַס פּאָלי (עסטערס), איז אן אנדער עפעקטיוו סטראַטעגיע פֿאַר ימפּרוווינג די טערמאַל פעסטקייַט פון סעפּערייטערז (פיגורע 5 פ).פֿאַר בייַשפּיל, פּאָליימידע איז אַ טערמאַסעטטינג פּאָלימער וויידלי גערעכנט ווי אַ פּראַמאַסינג אנדער ברירה ווייַל פון זייַן ויסגעצייכנט טערמאַל פעסטקייַט (סטאַביל איבער 400 ° C), גוט כעמישער קעגנשטעל, הויך טענסאַל שטאַרקייַט, גוט עלעקטראָליטע וועטטאַביליטי און פלאַם ריטאַרדאַנסי (פיגורע 5 ג) .
באַטאַרייע פּאַקאַדזשאַז מיט קאָאָלינג פונקציע.מיטל-וואָג טערמאַל פאַרוואַלטונג סיסטעמען ענייבאַלד דורך סערקיאַליישאַן פון לופט אָדער פליסיק קאָאָלינג האָבן שוין געניצט צו פֿאַרבעסערן באַטאַרייע פאָרשטעלונג און פּאַמעלעך טעמפּעראַטור ינקריסיז.אין אַדישאַן, פאַסע-טוישן מאַטעריאַלס אַזאַ ווי פּעראַפאַן וואַקס זענען ינאַגרייטיד אין באַטאַרייע פּאַקס צו שפּילן ווי אַ היץ זינקען צו רעגולירן זייער טעמפּעראַטור, אַזוי ויסמיידן טעמפּעראַטור זידלען.
צו סאָלווע די פּראָבלעמס אין בינע 3 (קאַמבאַסטשאַן און יקספּלאָוזשאַן)
היץ, זויערשטאָף און ברענוואַרג, באקאנט ווי די "פייַער דרייַעק," זענען די נייטיק ינגרידיאַנץ פֿאַר רובֿ פירעס.מיט די אַקיומיאַליישאַן פון היץ און זויערשטאָף דזשענערייטאַד בעשאַס סטאַגעס 1 און 2, די ברענוואַרג (דאָס איז העכסט ברענעוודיק עלעקטראָליטעס) וועט אויטאָמאַטיש אָנהייבן צו ברענען.רידוסינג די ברעמאַביליטי פון די עלעקטראָליטע סאָלוואַנץ איז וויטאַל פֿאַר באַטאַרייע זיכערקייַט און ווייַטער גרויס-וואָג אַפּלאַקיישאַנז פון ליב.
פלאַם-ריטאַרדאַנט אַדאַטיווז.קאָלאָסאַל פאָרשונג השתדלות האָבן שוין דעדאַקייטאַד צו דער אַנטוויקלונג פון פלאַם-ריטאַרדאַנט אַדאַטיווז צו נידעריקער די פלאַמאַביליטי פון פליסיק עלעקטראָליטעס.רובֿ פון די פלאַם-ריטאַרדאַנט אַדאַטיווז געניצט אין פליסיק עלעקטראָליטעס זענען באזירט אויף אָרגאַניק פאַספעראַס קאַמפּאַונדז אָדער אָרגאַניק כאַלאַדזשאַנייטיד קאַמפּאַונדז.ווייַל האַלאָגענס זענען כאַזערדאַס פֿאַר די סוויווע און מענטש געזונט, די אָרגאַניק פאַספעראַס קאַמפּאַונדז זענען מער פּראַמאַסינג קאַנדאַדייץ ווי פלאַם-ריטאַרדאַנט אַדאַטיווז ווייַל פון זייער הויך פלאַם-ריטאַרדינג פיייקייט און ינווייראַנמענאַל פרייַנדלעכקייַט.טיפּיש אָרגאַניק פאַספעראַס קאַמפּאַונדז אַרייַננעמען טרימעטהיל פאָספאַטע, טריפעניל פאָספאַטע, ביס (2-מעטהאָקסיעטהאָקסי) מעטהילאַללילפאָספאָנאַטע, טריס (2,2,2-טריפלואָראָטהיל) פאָספייט, (עטהאָקסי) פּענטאַפלואָראָסילאָטריפאָספאַזענע, עטאַלין עטאַל פאָספאַטע, עטק.פיגורע 6 א).דער מעקאַניזאַם פֿאַר די פלאַם ריטאַרדיישאַן יפעקץ פון די פאָספאָרוס-מיט קאַמפּאַונדז איז בכלל געגלויבט צו זיין אַ כעמישער ראַדיקאַל-סקאַוואַנדזשינג פּראָצעס.בעשאַס קאַמבאַסטשאַן, די פאַספעראַס-מיט מאַלאַקיולז קענען צעלייגנ זיך צו פאַספעראַס-מיט פריי-ראַדיקאַל מינים, וואָס קענען דעריבער פאַרענדיקן די ראַדאַקאַלז (למשל, H און OH ראַדאַקאַלז) דזשענערייטאַד בעשאַס קייט רעאַקציע פּראַפּאַגיישאַן וואָס זענען פאַראַנטוואָרטלעך פֿאַר קעסיידערדיק קאַמבאַסטשאַן (פײג 6, ב און ג).צום באַדויערן, די רעדוקציע אין פלאַממאַביליטי מיט די דערצו פון די פאָספאָרוס-מיט פלאַם ריטאַרדאַנץ קומט אויף די קאָסט פון עלעקטראָטשעמיקאַל פאָרשטעלונג.צו פֿאַרבעסערן דעם האַנדל-אַוועק, אנדערע ריסערטשערז האָבן געמאכט עטלעכע מאָדיפיקאַטיאָנס צו זייער מאָלעקולאַר סטרוקטור: (איך) פּאַרטיייש פלאָראַניישאַן פון די אַלקיל פאָספאַטעס קענען פֿאַרבעסערן זייער רעדוקטיווע פעסטקייַט און זייער פלאַם ריטאַרדאַנסי יפעקטיוונאַס;(ii) די נוצן פון קאַמפּאַונדז מיט פּראַטעקטיוו פילם-פאָרמינג און פלאַם-ריטאַרדינג פּראָפּערטיעס, אַזאַ ווי ביס (2-מעטהאָקסיעטהאָקסי) מעטהילאַלליפאָספאָנאַטע, ווו די אַליליק גרופּעס קענען פּאַלימערייז און פאָרעם אַ סטאַביל SEI פילם אויף גראַפייט סערפאַסיז, אַזוי יפעקטיוולי פּרעווענטינג כאַזערדאַס זייַט ריאַקשאַנז;(iii) טוישן פון פּ (V) פאָספאַטע צו פּ (III) פאָספיץ, וואָס פאַסילאַטייט SEI פאָרמירונג און זענען טויגעוודיק פון דיאַקטיווייטינג כאַזערדאַס PF5 [למשל, טריס (2,2,2-טריפלואָראָטהיל) פאָספייט];און (יוו) ריפּלייסינג אָרגאַנאָפאָספאָרוס אַדאַטיווז מיט סיקליק פאָספאַזענעס, ספּעציעל פלאָראַנייטיד סיקלאָפאָספאַזענע, וואָס האָבן ימפּרוווד עלעקטראָטשעמיקאַל קאַמפּאַטאַבילאַטי.
פיגורע 6 סטראַטעגיעס צו סאָלווע די ישוז אין בינע 3.
(א) טיפּיש מאָלעקולאַר סטראַקטשערז פון פלאַם-ריטאַרדאַנט אַדאַטיווז.(ב) דער מעקאַניזאַם פֿאַר די פלאַם ריטאַרדיישאַן יפעקץ פון די פאַספעראַס-מיט קאַמפּאַונדז איז בכלל געגלויבט צו זיין אַ כעמישער ראַדיקאַל-סקאַוואַנדזשינג פּראָצעס, וואָס קענען פאַרענדיקן די ראַדיקאַל קייט ריאַקשאַנז פאַראַנטוואָרטלעך פֿאַר די קאַמבאַסטשאַן אָפּרוף אין די גאַז פאַסע.טפּפּ, טריפעניל פאָספאַטע.(C) די זיך-פאַרלעשן צייט (SET) פון די טיפּיש קאַרבאָנאַטע עלעקטראָליטע קענען זיין באטייטיק רידוסט מיט די אַדישאַן פון טריפעניל פאָספאַטע.(ד) סכעמאַטיש פון די "קלוג" עלעקטראָספּון סעפּאַראַטאָר מיט טערמאַל-טריגערד פלאַם-ריטאַרדאַנט פּראָפּערטיעס פֿאַר ליב.די פריי-שטייענדיק סעפּאַראַטאָר איז קאַמפּאָוזד פון מיקראָפיבער מיט אַ האַרץ-שאָל סטרוקטור, ווו די פלאַם ריטאַרדאַנט איז די האַרץ און די פּאָלימער איז די שאָל.אויף טערמאַל טריגערינג, די פּאָלימער שאָל מעלץ און דעמאָלט די ענקאַפּסאַלייטיד פלאַם ריטאַרדאַנט איז באפרייט אין די עלעקטראָליטע, אַזוי יפעקטיוולי סאַפּרעסינג די יגנישאַן און ברענען פון די עלעקטראָליטעס.(E) SEM בילד פון די TPP@PVDF-HFP מיקראָפיבער נאָך עטשינג קלאר ווייַזן זייער האַרץ-שאָל סטרוקטור.וואָג באַר, 5 μם.(F) טיפּיש מאָלעקולאַר סטראַקטשערז פון ייאַניק פליסיק אין צימער טעמפּעראַטור געניצט ווי ניט-פלאַממאַבלע עלעקטראָליטעס פֿאַר ליב.(ג) די מאָלעקולאַר סטרוקטור פון PFPE, אַ ניט-פלאַממאַבאַל פּערפלאָראַנייטיד פּעאָ אַנאַלאָג.צוויי מעטהיל קאַרבאַנייט גרופּעס זענען מאַדאַפייד אויף די טערמינאַלס פון פּאָלימער קייטן צו ענשור די קאַמפּאַטאַבילאַטי פון די מאַלאַקיולז מיט די קראַנט באַטאַרייע סיסטעמען.
עס זאָל זיין באמערקט אַז עס איז שטענדיק אַ האַנדל-אַוועק צווישן די רידוסט פלאַמאַביליטי פון די עלעקטראָליטע און צעל פאָרשטעלונג פֿאַר די אַדאַטיווז ליסטעד, כאָטש דעם קאָמפּראָמיס איז ימפּרוווד דורך די אויבן מאָלעקולאַר דיזיינז.אן אנדער פארגעלייגט סטראַטעגיע צו סאָלווע דעם פּראָבלעם ינוואַלווז ינקאָרפּערייטינג די פלאַם ריטאַרדאַנט ין די פּראַטעקטיוו פּאָלימער שאָל פון מיקראָפיבער, וואָס זענען ווייַטער סטאַקט צו פאָרעם אַ נאַנוואָווען סעפּאַראַטאָר (פיגורע 6 ד) .א ראָמאַן עלעקטראָספּון נאַנוואָווען מיקראָפיבער סעפּאַראַטאָר מיט טערמאַל-טריגערד פלאַם-ריטאַרדאַנט פּראָפּערטיעס איז געווען פאַבריקייטיד פֿאַר ליב.די ענקאַפּסולאַטיאָן פון די פלאַם ריטאַרדאַנט ין די פּראַטעקטיוו פּאָלימער שאָל פּריווענץ דירעקט ויסשטעלן פון די פלאַם ריטאַרדאַנט צו די עלעקטראָליטע, פּרעווענטינג נעגאַטיוו יפעקץ פון די ריטאַרדאַנץ אויף די עלעקטראָטשעמיקאַל פאָרשטעלונג פון די באַטאַרייע (פיג 6 ע).אָבער, אויב די טערמאַל ראַנאַוויי פון די LIB באַטאַרייע אַקערז, די פּאָלי(ווינילידענפלואָרידע-העקסאַפלואָראָ פּראָפּילענע) קאָפּאָלימער (PVDF-HFP) שאָל וועט צעלאָזן ווי די טעמפּעראַטור ינקריסיז.דערנאָך די ענקאַפּסאַלייטיד טריפעניל פאָספאַטע פלאַם ריטאַרדאַנט וועט זיין רעלעאַסעד אין די עלעקטראָליטע, אַזוי יפעקטיוולי סאַפּרעסינג די קאַמבאַסטשאַן פון די העכסט ברענעוודיק עלעקטראָליטעס.
א "זאַלץ-קאַנסאַנטרייטאַד עלעקטראָליטע" באַגריף איז אויך דעוועלאָפּעד צו האַלטן דעם דילעמאַ.די פייַער-יקסטינגגווישינג אָרגאַניק עלעקטראָליטעס פֿאַר קריקאָנלאָדלעך באַטעריז אַנטהאַלטן לין (SO2F) 2 ווי די זאַלץ און אַ פאָלקס פלאַם ריטאַרדאַנט פון טרימעטהיל פאָספאַטע (טמפּ) ווי די בלויז סאַלוואַנט.די ספּאַנטייניאַס פאָרמירונג פון אַ שטאַרק זאַלץ-דערייווד ינאָרגאַניק SEI אויף די אַנאָוד איז קריטיש פֿאַר סטאַביל עלעקטראָטשעמיקאַל פאָרשטעלונג.דער ראָמאַן סטראַטעגיע קענען זיין עקסטענדעד צו פאַרשידן אנדערע פלאַם ריטאַרדאַנץ און קען עפענען אַ נייַע אַוועניו פֿאַר דעוועלאָפּינג נייַ פלאַם-ריטאַרדאַנט סאָלוואַנץ פֿאַר סאַפער ליב.
ניט-פלאַממאַבלע פליסיק עלעקטראָליטעס.אַ לעצט לייזונג צו די זיכערקייַט ישוז פון די עלעקטראָליטע איז צו אַנטוויקלען ינטרינסיקאַללי ניט-פלאַממאַבלע עלעקטראָליטעס.איין גרופּע פון ניט-ברענעוודיק עלעקטראָליטעס וואָס איז יקסטענסיוולי געלערנט איז ייאַניק ליקווידס, ספּעציעל צימער טעמפּעראַטור ייאַניק ליקווידס, וואָס זענען ניט-וואַלאַטאַל (קיין דיטעקטאַבאַל פארע דרוק אונטער 200 ° C) און ניט-ברענעוודיק און האָבן אַ ברייט טעמפּעראַטור פֿענצטער (פיגורע 6 פ) .אָבער, קעסיידערדיק פאָרשונג איז נאָך פארלאנגט צו סאָלווע די ישוז פון נידעריק קורס פיייקייט ערייזינג פון זייער הויך וויסקאָסיטי, נידעריק לי טראַנספעראַנס נומער, קאַטהאָדיק אָדער רעדוקטיווע ינסטאַביליטי און די הויך פּרייַז פון ייאַניק ליקווידס.
נידעריק-מאָלעקולאַר וואָג הידראָפלואָראָטהערס זענען אן אנדער קלאַס פון נאַנפלאַממאַבאַל פליסיק עלעקטראָליטעס ווייַל פון זייער הויך אָדער קיין בליץ פונט, נאָנפלאַמאַביליטי, נידעריק ייבערפלאַך שפּאַנונג, נידעריק וויסקאָסיטי, נידעריק ייַז קאַלט טעמפּעראַטור, אאז"ו ו.געהעריק מאָלעקולאַר פּלאַן זאָל זיין געמאכט צו אַדאַפּט זייער כעמישער פּראָפּערטיעס צו טרעפן די קרייטיריאַ פון באַטאַרייע עלעקטראָליטעס.א טשיקאַווע ביישפּיל וואָס איז לעצטנס רעפּאָרטעד איז פּערפלואָראָפּאָליעטהער (PFPE), אַ פּערפלאָראַנייטיד פּאַליעטאַלין אַקסייד (PEO) אַנאַלאָג וואָס איז באַוווסט פֿאַר זייַן ניט-פלאַממאַביליטי.פיגורע 6ג) .צוויי מעטהיל קאַרבאַנייט גרופּעס זענען מאַדאַפייד אויף די וואָקזאַל גרופּעס פון PFPE קייטן (PFPE-DMC) צו ענשור די קאַמפּאַטאַבילאַטי פון די מאַלאַקיולז מיט די קראַנט באַטאַרייע סיסטעמען.אזוי, די ניט-פלאַממאַביליטי און טערמאַל פעסטקייַט פון PFPEs קענען פֿאַרבעסערן די זיכערקייַט פון LIB באטייטיק בשעת ינקריסינג די עלעקטראָליטע טראַנספעראַנס נומער רעכט צו דער יינציק מאָלעקולאַר סטרוקטור פּלאַן.
סטאַגע 3 איז די לעצט אָבער דער הויפּט קריטיש בינע פֿאַר די טערמאַל ראַנאַוויי פּראָצעס.עס זאָל זיין אנגעוויזן אַז כאָטש גרויס השתדלות האָבן שוין דעדאַקייטאַד צו רידוסינג די ברעמאַביליטי פון די מאָדערן פליסיק עלעקטראָליטע, די נוצן פון האַרט-שטאַט עלעקטראָליטעס וואָס זענען ניט-וואַלאַטאַל ווייזט גרויס צוזאָג.האַרט עלעקטראָליטעס דער הויפּט פאַלן אין צוויי קאַטעגאָריעס: ינאָרגאַניק סעראַמיק עלעקטראָליטעס [סולפידעס, אַקסיידז, ניטרידעס, פאָספאַטעס, אאז"ו ו] און האַרט פּאָלימער עלעקטראָליטעס [בלענדז פון לי סאָלץ מיט פּאָלימערס, אַזאַ ווי פּאָלי(עטהילן אַקסייד), פּאָליאַקרילאָניטרילע, אאז"ו ו].השתדלות צו פֿאַרבעסערן האַרט עלעקטראָליטעס וועט נישט זיין דיטיילד דאָ, ווייַל די טעמע איז שוין געזונט סאַמערייזד אין עטלעכע פריש באריכטן.
OUTLOOK
אין דער פאַרגאַנגענהייט, פילע ראָמאַן מאַטעריאַלס זענען דעוועלאָפּעד צו פֿאַרבעסערן באַטאַרייע זיכערקייַט, כאָטש די פּראָבלעם איז נאָך נישט גאָר סאַלווד.אין אַדישאַן, די מעקאַניזאַמז אַנדערלייינג זיכערקייַט ישוז בייַטן פֿאַר יעדער אנדערע באַטאַרייע כעמיע.אזוי, ספּעציפיש מאַטעריאַלס טיילערד פֿאַר פאַרשידענע באַטעריז זאָל זיין דיזיינד.מיר גלויבן אַז מער עפעקטיוו מעטהאָדס און געזונט-דיזיינד מאַטעריאַלס זענען נאָך צו זיין דיסקאַווערד.דאָ, מיר רשימה עטלעכע מעגלעך אינסטרוקציעס פֿאַר צוקונפֿט באַטאַרייע זיכערקייַט פאָרשונג.
ערשטער, עס איז וויכטיק צו אַנטוויקלען אין סיטו אָדער אין אָפּעראַנדאָ מעטהאָדס צו דעטעקט און מאָניטאָר די ינערלעך געזונט טנאָים פון ליב.פֿאַר בייַשפּיל, דער טערמאַל ראַנאַוויי פּראָצעס איז ענג שייַכות צו די ינערלעך טעמפּעראַטור אָדער דרוק פאַרגרעסערן אין ליב.אָבער, די טעמפּעראַטור פאַרשפּרייטונג ין באַטעריז איז גאַנץ קאָמפּליצירט, און מעטהאָדס זענען דארף צו פּונקט מאָניטאָר די וואַלועס פֿאַר עלעקטראָליטעס און ילעקטראָודז, ווי געזונט ווי סעפּערייטערז.אַזוי, צו מעסטן די פּאַראַמעטערס פֿאַר פאַרשידענע קאַמפּאָונאַנץ איז קריטיש פֿאַר דיאַגנאָסינג און אַזוי פּרעווענטינג די כאַזערדז פון באַטאַרייע זיכערקייַט.
די טערמאַל פעסטקייַט פון סעפּערייטערז איז קריטיש פֿאַר באַטאַרייע זיכערקייַט.די ניי דעוועלאָפּעד פּאָלימערס מיט הויך מעלטינג פונקטן זענען עפעקטיוו אין ינקריסינג די טערמאַל אָרנטלעכקייַט פון די סעפּאַראַטאָר.אָבער, זייער מעטשאַניקאַל פּראָפּערטיעס זענען נאָך ערגער, זייער רידוסינג זייער פּראַסעסאַביליטי בעשאַס די באַטאַרייע פֿאַרזאַמלונג.דערצו, פּרייַז איז אויך אַ וויכטיק פאַקטאָר וואָס זאָל זיין קאַנסידערד פֿאַר פּראַקטיש אַפּלאַקיישאַנז.
די אַנטוויקלונג פון האַרט עלעקטראָליטעס סימז צו זיין די לעצט לייזונג פֿאַר די זיכערקייַט ישוז פון ליב.די האַרט עלעקטראָליטע וועט זייער רעדוצירן די מעגלעכקייט פון באַטאַרייע ינערלעך שאָרטינג, צוזאמען מיט די ריזיקירן פון פירעס און יקספּלאָוזשאַנז.כאָטש גרויס השתדלות האָבן שוין דעדאַקייטאַד צו די העכערונג פון האַרט עלעקטראָליטעס, זייער פאָרשטעלונג האלט צו אָפּשטיי ווייַט הינטער די פון פליסיק עלעקטראָליטעס.קאָמפּאָסיטעס פון ינאָרגאַניק און פּאָלימער עלעקטראָליטעס ווייַזן גרויס פּאָטענציעל, אָבער זיי דאַרפן יידל פּלאַן און צוגרייטונג.מיר ונטערשטרייַכן אַז די ריכטיק פּלאַן פון ינאָרגאַניק-פּאָלימער ינטערפייסיז און ינזשעניעריע פון זייער אַליינמאַנט זענען קריטיש פֿאַר עפעקטיוו לי-יאָן אַריבערפירן.
עס זאָל זיין אנגעוויזן אַז די פליסיק עלעקטראָליטע איז נישט דער בלויז קאָמפּאָנענט פון די באַטאַרייע וואָס איז ברענען.פֿאַר בייַשפּיל, ווען LIBs זענען העכסט באפוילן, די קאַמבאַסטאַבאַל ליטהיאַטעד אַנאָוד מאַטעריאַלס (פֿאַר בייַשפּיל, ליטיאַטעד גראַפייט) זענען אויך אַ גרויס זיכערקייַט דייַגע.פלאַם ריטאַרדאַנץ וואָס קענען יפישאַנטלי פאַרהאַלטן פירעס פון האַרט-שטאַט מאַטעריאַלס זענען העכסט פארלאנגט צו פאַרגרעסערן זייער זיכערקייַט.די פלאַם ריטאַרדאַנץ קענען זיין געמישט מיט די גראַפייט אין די פאָרעם פון פּאָלימער בינדערס אָדער קאַנדאַקטיוו פראַמעוואָרקס.
באַטערי זיכערקייַט איז אַ גאַנץ קאָמפּליצירט און סאַפיסטאַקייטיד פּראָבלעם.די צוקונפֿט פון באַטאַרייע זיכערקייַט רופט פֿאַר מער השתדלות אין פונדאַמענטאַל מעטשאַניסטיק שטודיום פֿאַר דיפּער פארשטאנד אין אַדישאַן צו מער אַוואַנסירטע כאַראַקטעריזיישאַן מעטהאָדס, וואָס קענען פאָרשלאָגן ווייַטער אינפֿאָרמאַציע צו פירן מאַטעריאַלס פּלאַן.כאָטש די רעצענזיע פאָוקיסיז אויף מאַטעריאַלס-מדרגה זיכערקייַט, עס זאָל זיין באמערקט אַז אַ האָליסטיק צוגאַנג איז ווייַטער דארף צו סאָלווע די זיכערקייַט אַרויסגעבן פון LIBs, ווו מאַטעריאַלס, צעל קאַמפּאָונאַנץ און פֿאָרמאַט, און באַטאַרייע מאָדולע און פּאַקס שפּילן גלייך ראָלעס צו מאַכן באַטעריז פאַרלאָזלעך פריער. זיי זענען באפרייט צו די מאַרק.
רעפערענצן און הערות
Kai Liu, Yayuan Liu, DingchangLin, Allen Pei, Yi Cui, מאַטעריאַלס פֿאַר ליטהיום-יאָן באַטאַרייע זיכערקייַט, ScienceAdvances, DOI:10.1126/sciadv.aas9820
פּאָסטן צייט: יוני 05-2021
