Absztrakt
A lítium-ion akkumulátorokat (LIB) tartják az egyik legfontosabb energiatárolási technológiának.Az akkumulátorok energiasűrűségének növekedésével az akkumulátor biztonsága még kritikusabbá válik, ha az energia nem szándékosan szabadul fel.A LIB-k tüzeivel és robbanásával kapcsolatos balesetek gyakran fordulnak elő világszerte.Néhányuk komoly veszélyt jelentett az emberi életre és egészségre, és számos termék visszahívásához vezetett a gyártók részéről.Ezek az események emlékeztetnek arra, hogy a biztonság az akkumulátorok előfeltétele, és komoly problémákat kell megoldani a nagy energiájú akkumulátorrendszerek jövőbeli alkalmazása előtt.Ennek az áttekintésnek az a célja, hogy összefoglalja a LIB biztonsági kérdések eredetének alapjait, és kiemelje a LIB biztonságának javítása érdekében az anyagtervezésben a közelmúltban elért kulcsfontosságú előrelépéseket.Arra számítunk, hogy ez a felülvizsgálat az akkumulátor biztonságának további javítását fogja ösztönözni, különösen a feltörekvő, nagy energiasűrűségű LIB-k esetében.
A LIB BIZTONSÁGI KÉRDÉSEK EREDETE
A LIB-ben lévő szerves folyékony elektrolit belsőleg gyúlékony.A LIB-rendszerek egyik legkatasztrófálisabb meghibásodása a lépcsőzetes hőkitörés, amelyet az akkumulátorbiztonsági aggályok fő okának tekintenek.Általában a termikus kifutás akkor következik be, amikor egy exoterm reakció kikerül az irányítás alól.Ahogy az akkumulátor hőmérséklete ~80°C fölé emelkedik, az akkumulátorokon belüli exoterm kémiai reakció sebessége megnő, és tovább melegíti a cellát, ami pozitív visszacsatolási ciklust eredményez.A folyamatosan emelkedő hőmérséklet tüzet és robbanást okozhat, különösen nagy akkumulátorcsomagok esetén.Ezért a termikus kifutás okainak és folyamatainak megértése irányíthatja a funkcionális anyagok tervezését a LIB-k biztonságának és megbízhatóságának javítása érdekében.A termikus kifutási folyamat három szakaszra osztható, amint összefoglaljuk1. ábra.
1. ábra A termikus kifutási folyamat három szakasza.
1. szakasz: A túlmelegedés kezdete.Az akkumulátorok normál állapotból rendellenes állapotba váltanak, és a belső hőmérséklet emelkedni kezd.2. szakasz: Hőfelhalmozási és gázleadási folyamat.A belső hőmérséklet gyorsan emelkedik, és az akkumulátor exoterm reakciókon megy keresztül.3. szakasz: Égés és robbanás.A gyúlékony elektrolit meggyullad, ami tüzet, sőt robbanást is okozhat.
A túlmelegedés kezdete (1. szakasz)
A hőkifutás az akkumulátorrendszer túlmelegedéséből indul ki.A kezdeti túlmelegedés akkor fordulhat elő, ha az akkumulátort a tervezett feszültségen túl töltik (túltöltés), túl magas hőmérsékletnek van kitéve, külső rövidzárlatok hibás vezetékezés miatt, vagy belső rövidzárlatok cellahibák miatt.Közülük a belső rövidzárlat a fő oka a termikus kifutásnak, és viszonylag nehezen szabályozható.Belső rövidzárlat előfordulhat cellatörés esetén, például külső fémtörmelék behatolása esetén;jármű ütközése;lítium-dendrit képződés nagy áramsűrűségű töltés mellett, túltöltési körülmények között vagy alacsony hőmérsékleten;és az akkumulátor összeszerelése során keletkezett hibás elválasztók, hogy csak néhányat említsünk.Például 2013 októberének elején egy Tesla autó Seattle közelében fémtörmeléknek ütközött, amely áthatolt a pajzson és az akkumulátorcsomagon.A törmelék behatolt a polimer leválasztókon, és közvetlenül összekapcsolta a katódot és az anódot, ami az akkumulátor rövidzárlatát és kigyulladását okozta;2016-ban a Samsung Note 7 akkumulátorának tüzet az agresszíven ultravékony szeparátor okozta, amely könnyen megsérült a külső nyomás vagy a pozitív elektródán lévő hegesztési sorja miatt, ami az akkumulátor rövidzárlatát okozta.
Az 1. szakasz során az akkumulátor működése normálról rendellenes állapotba változik, és a fent felsorolt problémák mindegyike az akkumulátor túlmelegedését okozza.Amikor a belső hőmérséklet emelkedni kezd, az 1. szakasz véget ér és a 2. szakasz kezdődik.
Hőfelhalmozási és gázleadási folyamat (2. szakasz)
A 2. szakasz megkezdésekor a belső hőmérséklet gyorsan megemelkedik, és az akkumulátor a következő reakciókon megy keresztül (ezek a reakciók nem a megadott sorrendben mennek végbe, némelyik egyidejűleg is bekövetkezhet):
(1) Szilárd elektrolit interfázis (SEI) bomlás túlmelegedés vagy fizikai behatolás következtében.A SEI réteg főleg stabil (például LiF és Li2CO3) és metastabil [például polimerek, ROCO2Li, (CH2OCO2Li)2 és ROLi] komponensekből áll.A metastabil komponensek azonban durván >90°C-on exoterm módon bomlhatnak, gyúlékony gázokat és oxigént szabadítva fel.Vegyük például a (CH2OCO2Li)2-t
(CH2OCO2Li)2→Li2CO3+C2H4+CO2+0,5O2
(2) Az SEI bomlásakor a hőmérséklet emelkedik, és az anódban lévő fémlítium vagy interkalált lítium reakcióba lép az elektrolitban lévő szerves oldószerekkel, gyúlékony szénhidrogén gázokat (etánt, metánt és másokat) szabadítva fel.Ez egy exoterm reakció, amely tovább növeli a hőmérsékletet.
(3) MikorT> ~130°C, a polietilén (PE)/polipropilén (PP) szeparátor olvadni kezd, ami tovább rontja a helyzetet és rövidzárlatot okoz a katód és az anód között.
(4) Végül a hő a lítium-fém-oxid katód anyagának bomlását okozza, és oxigén felszabadulását eredményezi.Vegyük például a LiCoO2-t, amely ~180°C-tól kezdve az alábbiak szerint bomlik le
A katód lebomlása is erősen exoterm, tovább növeli a hőmérsékletet és a nyomást, és ennek eredményeként tovább gyorsítja a reakciókat.
A 2. szakaszban a hőmérséklet emelkedik, és az oxigén felhalmozódik az akkumulátorokban.A hőkifutási folyamat a 2. szakaszból a 3. szakaszba halad, amint elegendő oxigén és hő halmozódott fel az akkumulátor elégetéséhez.
Égés és robbanás (3. szakasz)
A 3. szakaszban megindul az égés.A LIB-k elektrolitjai szervesek, amelyek a ciklusos és lineáris alkil-karbonátok szinte univerzális kombinációi.Nagy az illékonyságuk, és eleve nagyon gyúlékonyak.A népszerű karbonát-elektrolit [etilén-karbonát (EC) + dimetil-karbonát (DMC) (1:1 tömegarány) keveréke] példának vételével szobahőmérsékleten 4,8 kPa gőznyomást és rendkívül alacsony lobbanáspontot mutat. 25° ± 1°C 1,013 bar légnyomás mellett.A 2. szakaszban felszabaduló oxigén és hő biztosítja a szükséges feltételeket a gyúlékony szerves elektrolitok elégetéséhez, ezáltal tűz- vagy robbanásveszélyt okoz.
A 2. és 3. szakaszban az exoterm reakciók közel adiabatikus körülmények között mennek végbe.Így a gyorsított sebességű kalorimetria (ARC) egy széles körben használt technika, amely szimulálja a LIB-ken belüli környezetet, ami megkönnyíti a termikus kifutó reakció kinetikájának megértését.2. ábraegy tipikus ARC görbéjét mutatja a LIB-nek, amelyet a termikus visszaélési tesztek során rögzítettek.A 2. szakaszban a hőmérséklet-emelkedés szimulálásával egy külső hőforrás az akkumulátor hőmérsékletét a kezdeti hőmérsékletre emeli.E hőmérséklet felett a SEI lebomlik, ami több exoterm kémiai reakciót vált ki.Végül az elválasztó megolvad.Az önmelegedés sebessége ezután megnövekszik, ami hőkifutáshoz (amikor az önmelegedési sebesség >10°C/perc) és elektrolit égéshez (3. fokozat) vezet.
Az anód mezokarbon mikrogyöngy grafit.A katód LiNi0,8Co0,05Al0,05O2.Az elektrolit 1,2 M LiPF6 EC/PC/DMC-ben.Celgard 2325 háromrétegű elválasztót használtunk.Az Electrochemical Society Inc. engedélyével adaptálva.
Megjegyzendő, hogy a fent bemutatott reakciók nem szigorúan egymás után következnek be a megadott sorrendben.Inkább összetett és szisztematikus kérdésekről van szó.
FEJLESZTETT AKKUMULÁTORBIZTONSÁGÚ ANYAGOK
Az akkumulátor termikus kifutásának megértése alapján számos megközelítést tanulmányoznak azzal a céllal, hogy csökkentsék a biztonsági kockázatokat az akkumulátor alkatrészek ésszerű tervezésén keresztül.A következő részekben összefoglaljuk az akkumulátor biztonságának javítására, a különböző termikus kifutási szakaszoknak megfelelő problémák megoldására szolgáló különböző anyagok megközelítéseit.
A problémák megoldása az 1. szakaszban (a túlmelegedés kezdete)
Megbízható anód anyagok.A LIB anódján a Li dendrit képződés elindítja a termikus kifutás első szakaszát.Bár ezt a problémát enyhítették a kereskedelmi forgalomban kapható LIB-k anódjain (például széntartalmú anódokon), a Li dendrit képződését nem sikerült teljesen gátolni.Például a kereskedelmi forgalomban lévő LIB-kben a dendritlerakódás elsősorban a grafitelektródák szélein történik, ha az anódok és a katódok nincsenek megfelelően párosítva.Ezenkívül a LIB-k nem megfelelő működési feltételei Li-fémlerakódást is okozhatnak dendrit növekedéssel.Köztudott, hogy dendrit könnyen képződik, ha az akkumulátort (i) nagy áramsűrűség mellett töltjük, ahol a Li-fém lerakódása gyorsabb, mint a Li-ionok diffúziója a grafit tömegében;ii. túltöltési körülmények között, amikor a grafit túllitteződött;és (iii) alacsony hőmérsékleten [például környezet alatti hőmérsékleten (~0 °C)], a folyékony elektrolit megnövekedett viszkozitása és a megnövekedett Li-ion diffúziós ellenállás miatt.
Anyagtulajdonságok szempontjából az anódon a Li dendrit növekedésének kezdetét meghatározó gyökéri eredet az instabil és egyenetlen SEI, ami egyenetlen lokális árameloszlást okoz.Az elektrolit komponenseket, különösen az adalékokat vizsgálták a SEI egyenletességének javítására és a Li dendrit képződésének kiküszöbölésére.A tipikus adalékanyagok közé tartoznak a szervetlen vegyületek [például CO2, LiI stb.] és a telítetlen szénkötéseket tartalmazó szerves vegyületek, például a vinilén-karbonát és a maleimid adalékok;instabil ciklusos molekulák, például butirolakton, etilén-szulfit és származékaik;és fluorozott vegyületek, például fluor-etilén-karbonát, többek között.Ezek a molekulák még milliórészes szinten is javíthatják a SEI morfológiáját, így homogenizálják a Li-ion fluxust és kiküszöbölik a Li dendrit képződésének lehetőségét.
Összességében a Li dendrit kihívásai továbbra is jelen vannak a grafit vagy széntartalmú anódokban és a szilícium/SiO tartalmú, következő generációs anódokban.A Li dendrit növekedésének problémájának megoldása olyan kihívás, amely kritikus fontosságú a nagy energiasűrűségű Li-ion kémiák közeljövőben történő adaptációja szempontjából.Megjegyzendő, hogy a közelmúltban jelentős erőfeszítéseket tettek a Li-dendritképződés kérdésének megoldására a tiszta Li fém anódokban a Li-ion fluxus homogenizálásával a Li-lerakódás során;például védőréteg bevonat, mesterséges SEI tervezés stb. Ebben a vonatkozásban egyes módszerek esetleg rávilágíthatnak arra, hogyan lehet kezelni a széntartalmú anódok problémáját a LIB-ekben is.
Többfunkciós folyékony elektrolitok és szeparátorok.A folyékony elektrolit és a szeparátor kulcsszerepet játszik a nagy energiájú katód és az anód fizikai szétválasztásában.Így a jól megtervezett többfunkciós elektrolitok és szeparátorok jelentősen megvédhetik az akkumulátorokat az akkumulátor termikus kifutásának korai szakaszában (1. szakasz).
Az akkumulátorok mechanikai zúzódástól való védelme érdekében nyírással sűrítő folyékony elektrolitot állítottak elő füstölt szilícium-dioxid egyszerű hozzáadásával a karbonát elektrolithoz (1 M LiFP6 az EC/DMC-ben).Mechanikai nyomás vagy ütés hatására a folyadék nyírási sűrítő hatást fejt ki a viszkozitás növekedésével, így eloszlatja az ütési energiát és zúzódástűrést mutat (3A ábra)
3. ábra Stratégiák a problémák megoldására az 1. szakaszban.
(A) Nyírási sűrítő elektrolit.Felül: Normál elektrolit esetén a mechanikai hatás az akkumulátor belső rövidzárlatához vezethet, ami tüzet és robbanást okozhat.Alul: Az új intelligens elektrolit nyírósűrítő hatással nyomás vagy ütés hatására kiválóan ellenáll a zúzódásnak, ami jelentősen javíthatja az akkumulátorok mechanikai biztonságát.(B) Bifunkciós szeparátorok a lítium-dendritek korai kimutatására.Dendritképződés hagyományos lítium akkumulátorban, ahol a lítium-dendrit teljes behatolása a szeparátorba csak akkor észlelhető, ha az akkumulátor belső rövidzárlat miatt meghibásodik.Összehasonlításképpen: egy bifunkcionális szeparátorral ellátott lítium akkumulátor (amely két hagyományos szeparátor közé szendvicsezett vezető rétegből áll), ahol a túlnőtt lítium-dendrit behatol a szeparátorba és érintkezik a vezető rézréteggel, ami aVCu−Li, amely belső rövidzárlat miatti közelgő meghibásodásra figyelmeztet.A teljes akkumulátor azonban biztonságosan üzemel, nem nulla potenciállal.(A) és (B) adaptálása vagy reprodukálása a Springer Nature engedélyével történik.(C) Háromrétegű szeparátor a veszélyes Li dendritek fogyasztásához és az akkumulátor élettartamának meghosszabbításához.Balra: A lítium anódok könnyen dendrites lerakódásokat képezhetnek, amelyek fokozatosan növekedhetnek és áthatolhatnak az inert polimer szeparátoron.Amikor a dendritek végül összekapcsolják a katódot és az anódot, az akkumulátor rövidre záródik és meghibásodik.Jobbra: A szilícium-dioxid nanorészecskékből álló réteget két réteg kereskedelmi polimer szeparátor szendvicsbe foglalta.Ezért amikor a lítium-dendritek növekednek és behatolnak a szeparátorba, érintkezésbe kerülnek a szendvicsrétegben lévő szilícium-dioxid nanorészecskékkel, és elektrokémiailag elhasználódnak.(D) Pásztázó elektronmikroszkópos (SEM) kép a szilícium-dioxid nanorészecskékből álló szendvics-leválasztóról.(E) A hagyományos szeparátorral (piros görbe) és a szilícium-dioxid nanorészecskékből álló háromrétegű elválasztóval (fekete görbe) rendelkező Li/Li akkumulátor tipikus feszültség-időprofilja, azonos körülmények között tesztelve.(C), (D) és (E) a John Wiley and Sons engedélyével reprodukálható.(F) A redox shuttle adalékok mechanizmusának sematikus ábrázolása.Túltöltött katódfelületen a redox adalék [O] alakra oxidálódik, amely ezt követően az anód felületén az elektroliton keresztüli diffúzióval visszaredukálódik eredeti állapotába [R].Az oxidációs-diffúziós-redukciós-diffúziós elektrokémiai ciklus korlátlan ideig fenntartható, és így lezárja a katódpotenciált a veszélyes túltöltéstől.(G) A redox shuttle adalékok tipikus kémiai szerkezete.(H) A leállítási túltöltési adalékok mechanizmusa, amelyek nagy potenciálon elektrokémiailag polimerizálódnak.(I) A leállási túltöltési adalékok jellemző kémiai szerkezetei.Az adalékanyagok munkapotenciáljait az egyes molekulaszerkezetek alatt (G), (H) és (I) soroljuk fel.
Az elválasztók elektronikusan szigetelhetik a katódot és az anódot, és fontos szerepet játszanak az akkumulátor egészségi állapotának helyszíni felügyeletében, hogy megakadályozzák az 1. szakaszon túli további romlást. Például egy polimer-fém-polimer háromrétegű konfigurációjú „bifunkcionális szeparátor” (3B. ábra) új feszültségérzékelő funkciót biztosíthat.Amikor egy dendrit kinő és eléri a közbülső réteget, összeköti a fémréteget és az anódot úgy, hogy a köztük lévő hirtelen feszültségesés kimenetként azonnal észlelhető.
Az észlelés mellett egy háromrétegű szeparátort terveztek a veszélyes Li dendritek elfogyasztására és növekedésük lelassítására, miután behatoltak a szeparátorba.Szilícium-dioxid nanorészecskékből álló réteg, két réteg kereskedelmi poliolefin szeparátorral (3. ábra, C és D), bármilyen behatoló veszélyes Li dendrit fogyaszthat, így hatékonyan javítja az akkumulátor biztonságát.A védett akkumulátor élettartama jelentősen, körülbelül ötszörösére nőtt a hagyományos szeparátorokhoz képest (3E ábra).
Túltöltés elleni védelem.Túltöltés alatt azt értjük, hogy az akkumulátort a tervezett feszültségen túl töltjük.A túltöltést nagy fajlagos áramsűrűség, agresszív töltési profilok stb. válthatják ki, amelyek számos problémát okozhatnak, beleértve (i) a Li fém lerakódását az anódon, ami súlyosan befolyásolja az akkumulátor elektrokémiai teljesítményét és biztonságát;(ii) a katód anyagának bomlása, oxigén felszabadulása;és (iii) a szerves elektrolit lebomlása, hő és gáznemű termékek (H2, szénhidrogének, CO stb.) felszabadulásával, amelyek felelősek a hőkiáramlásért.A bomlás során lezajló elektrokémiai reakciók bonyolultak, ezek közül néhányat az alábbiakban sorolunk fel.
A csillag (*) azt jelöli, hogy a hidrogéngáz a protikusból származik, a katódon a karbonátok oxidációja során keletkező csoportok távoznak, amelyek azután a redukálandó anód felé diffundálnak, és H2-t termelnek.
A túltöltésvédő adalékok funkciójuk eltérése alapján redox shuttle adalékok és leállító adalékok közé sorolhatók.Az előbbi reverzibilisen védi a cellát a túltöltéstől, míg az utóbbi végleg leállítja a cella működését.
A redox shuttle adalékok úgy működnek, hogy túltöltés esetén elektrokémiailag tolatják az akkumulátorba fecskendezett felesleges töltést.Ahogy látható3F ábra, a mechanizmus egy redox adalékon alapul, amelynek oxidációs potenciálja valamivel alacsonyabb, mint az elektrolit anódos lebomlásakor.Túltöltött katódfelületen a redox adalék [O] alakra oxidálódik, amely ezt követően az anód felületén az elektroliton keresztüli diffúzió után visszaredukálódik eredeti állapotába [R].Ezt követően a redukált adalék visszadiffundálhat a katódra, és az „oxidáció-diffúzió-redukció-diffúzió” elektrokémiai ciklus a végtelenségig fennmaradhat, és ezáltal a katódpotenciál zárja a további veszélyes túltöltéstől.Tanulmányok kimutatták, hogy az adalékanyagok redoxpotenciáljának körülbelül 0,3-0,4 V-tal kell lennie a katód potenciálja felett.
Egy sor adalékanyagot fejlesztettek ki jól testreszabott kémiai szerkezettel és redoxpotenciállal, beleértve a fémorganikus metallocéneket, fenotiazinokat, trifenil-aminokat, dimetoxibenzolokat és származékaikat, valamint a 2-(pentafluor-fenil)-tetrafluor-1,3,2-benzodioxaborolt (3G ábra).A molekulaszerkezetek testreszabásával az additív oxidációs potenciálok 4 V fölé hangolhatók, ami alkalmas a gyorsan fejlődő nagyfeszültségű katódanyagok és elektrolitok számára.A tervezés alapelve az adalék legmagasabban elfoglalt molekulapályájának csökkentése elektronszívó helyettesítők hozzáadásával, ami az oxidációs potenciál növekedéséhez vezet.A szerves adalékanyagokon kívül néhány szervetlen só, amely nemcsak elektrolit sóként, hanem redox ingaként is szolgálhat, mint például a perfluor-borán klasztersók [vagyis a lítium-fluorododekaborátok (Li2B12F)xH12−x)], szintén hatékony redox shuttle adaléknak bizonyultak.
A leállítási túltöltési adalékok a visszafordíthatatlan túltöltés elleni védelmi adalékok egy osztálya.Ezek vagy úgy működnek, hogy nagy potenciálon gázt szabadítanak fel, ami viszont egy árammegszakítót aktivál, vagy úgy működnek, hogy nagy potenciálon tartósan elektrokémiai polimerizálnak, hogy leállítsák az akkumulátor működését, mielőtt katasztrofális következmények jelentkeznének.3H ábra).Az előbbiekre példa a xilol, ciklohexil-benzol és a bifenil, míg az utóbbira a bifenil és más szubsztituált aromás vegyületek (3I. ábra).A leállítási adalékok negatív hatásai továbbra is a LIB-k hosszú távú működése és tárolási teljesítménye, mivel ezek a vegyületek visszafordíthatatlan oxidációt okoznak.
A problémák megoldása a 2. szakaszban (hőfelhalmozási és gázleadási folyamat)
Megbízható katód anyagok.Lítium átmenetifém-oxidok, például rétegzett oxidok LiCoO2, LiNiO2 és LiMnO2;a spinell típusú LiM2O4 oxid;és a polianion típusú LiFePO4, népszerűen használt katód anyagok, amelyek azonban különösen magas hőmérsékleten vannak biztonsági problémákkal.Közülük viszonylag biztonságos az olivin szerkezetű LiFePO4, amely 400°C-ig stabil, míg a LiCoO2 250°C-on kezd bomlani.A LiFePO4 fokozott biztonságának az az oka, hogy az összes oxigénion erős kovalens kötést képez a P5+-szal, így PO43− tetraéder polianionok jönnek létre, amelyek stabilizálják a teljes háromdimenziós vázat és jobb stabilitást biztosítanak más katódanyagokhoz képest, bár még mindig vannak Néhány akkumulátortűz-balesetről számoltak be.A legnagyobb biztonsági aggály ezeknek a katódanyagoknak a magas hőmérsékleten történő lebomlásából és az egyidejű oxigénfelszabadulásból adódik, amelyek együtt égéshez és robbanáshoz vezethetnek, súlyosan veszélyeztetve az akkumulátor biztonságát.Például a réteges LiNiO2 oxid kristályszerkezete instabil a Ni2+ jelenléte miatt, amelynek ionmérete hasonló a Li+-éhoz.A delitizált LixNiO2 (x< 1) hajlamos egy stabilabb spinel típusú LiNi2O4 (spinell) és kősó típusú NiO fázisra átalakulni, ahol az oxigén 200°C körüli hőmérsékleten a folyékony elektrolitba szabadul fel, ami az elektrolit égéséhez vezet.
Jelentős erőfeszítéseket tettek ezen katódanyagok termikus stabilitásának javítására atomadalékkal és felületvédő bevonatokkal.
Az atomadalékolás jelentősen növelheti a réteges oxid anyagok termikus stabilitását az így létrejövő stabilizált kristályszerkezetek miatt.A LiNiO2 vagy Li1.05Mn1.95O4 termikus stabilitása jelentősen javítható a Ni vagy Mn más fémkationokkal, például Co, Mn, Mg és Al részleges helyettesítésével.A LiCoO2 esetében adalékoló és ötvöző elemek, például Ni és Mn bevezetése drasztikusan megnövelheti a bomlás kezdeti hőmérsékletétTdec, miközben elkerüljük az elektrolittal való reakciókat magas hőmérsékleten.A katód termikus stabilitásának növekedése azonban általában a fajlagos kapacitás feláldozásával jár.Ennek a problémának a megoldására egy réteges lítium-nikkel-kobalt-mangán-oxid alapú koncentráció-gradiens katódanyagot fejlesztettek ki újratölthető lítium akkumulátorokhoz (4A ábra) .Ebben az anyagban minden részecskének van egy Ni-ben gazdag központi tömbje és egy Mn-ben gazdag külső rétege, a Ni-koncentráció csökken, a Mn- és Co-koncentráció pedig nő, ahogy a felület közeledik.4B. ábra).Az előbbi nagy kapacitást biztosít, míg az utóbbi javítja a hőstabilitást.Kimutatták, hogy ez az új katódanyag javítja az akkumulátorok biztonságát anélkül, hogy veszélyeztetné azok elektrokémiai teljesítményét (4C. ábra).
4. ábra Stratégiák a 2. szakaszban felmerülő problémák megoldására: Megbízható katódok.
(A) Ni-dús maggal rendelkező pozitív elektródrészecske sematikus diagramja, amelyet koncentráció-gradiens külső réteg vesz körül.Mindegyik részecskének van egy Ni-ben gazdag központi tömege Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2 és egy Mn-ben gazdag külső réteg [Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2] csökkenő Ni-koncentrációval és növekvő Mn- és Co-koncentrációval. ahogy a felszínhez közeledik.Az előbbi nagy kapacitást biztosít, míg az utóbbi javítja a hőstabilitást.Az átlagos összetétel Li(Ni0,68Co0,18Mn0,18)O2.A jobb oldalon egy tipikus részecske pásztázó elektronmikroszkópos felvétele is látható.(B) A végső lítium-oxid Li(Ni0,64Co0,18Mn0,18)O2 elektronszondás röntgen-mikroanalízisének eredményei.A Ni, Mn és Co fokozatos koncentrációváltozása a közbenső rétegben nyilvánvaló.A Ni-koncentráció csökken, a Co- és Mn-koncentráció pedig nő a felszín felé.(C) Differenciális pásztázó kalorimetriás (DSC) nyomok, amelyek az elektrolit és a koncentrációgradiens Li(Ni0,64Co0,18Mn0,18)O2, a Ni-ben gazdag központi anyag Li(Ni0,8Co0,1Mn0) reakciójából származó hőáramlást mutatják. 1)O2, és a Mn-ben gazdag külső réteg [Li(Ni0.46Co0.23Mn0.31)O2].Az anyagokat 4,3 V-ra töltöttük. (A), (B) és (C) a Springer Nature engedélyével reprodukálható.(D) Balra: Transmissziós elektronmikroszkópos (TEM) világosmezős kép az AlPO4 nanorészecskékkel bevont LiCoO2-ról;Az energiadiszperzív röntgenspektrometria megerősíti az Al és P komponenseket a bevonórétegben.Jobb oldalon: Nagy felbontású TEM kép, amely az AlPO4 nanorészecskéket (~3 nm átmérőjű) mutatja a nanoméretű bevonórétegben;a nyilak az AlPO4 réteg és a LiCoO2 közötti interfészt jelzik.(E) Balra: Egy csupasz LiCoO2 katódot tartalmazó cella képe a 12 V-os túltöltési teszt után.A cella ezen a feszültségen égett és felrobbant.Jobb oldalon: Egy AlPO4 nanorészecskékkel bevont LiCoO2-t tartalmazó cella képe a 12 V-os túltöltési teszt után.(D) és (E) a John Wiley and Sons engedélyével reprodukálható.
Egy másik stratégia a hőstabilitás javítására az, hogy a katódanyagot hőstabil Li+ vezető vegyületekből álló vékony védőréteggel vonják be, amely megakadályozza a katód anyagok elektrolittal való közvetlen érintkezését, és így csökkenti a mellékreakciókat és a hőképződést.A bevonatok lehetnek szervetlen filmek [például ZnO , Al2O3, AlPO4, AlF3 stb.], amelyek lítiumozás után vezethetik a Li-ionokat (4. ábra, D és E), vagy szerves filmek, például poli(diallil-dimetil-ammónium-klorid), γ-butirolakton adalékokból képzett védőfóliák és többkomponensű adalékok (amelyek vinilén-karbonátból, 1,3-propilén-szulfitból és dimetil-acetamidból állnak).
A pozitív hőmérsékleti együtthatójú bevonat bevezetése a katód biztonságának növelésére is hatásos.Például a poli(3-decil-tiofén) bevonatú LiCoO2 katódok leállíthatják az elektrokémiai reakciókat és a mellékreakciókat, ha a hőmérséklet 80 °C fölé emelkedik, mivel a vezetőképes polimer réteg gyorsan átalakulhat nagy ellenállású állapotba.A hiper-elágazó architektúrájú, önzáró oligomerek bevonatai hőre reagáló blokkolórétegként is funkcionálhatnak az akkumulátor katódoldali leállítására.
Termikusan kapcsolható áramgyűjtő.Az elektrokémiai reakciók leállítása az akkumulátor hőmérsékletének emelkedése során a 2. szakaszban hatékonyan megakadályozhatja a hőmérséklet további emelkedését.Egy gyors és reverzibilis hőérzékeny polimer kapcsolás (TRPS) van beépítve az áramkollektorba (5A ábra) .A TRPS vékony film vezetőképes grafénbevonatú tüskés nanostrukturált nikkel (GrNi) részecskékből áll vezető töltőanyagként, valamint nagy hőtágulási együtthatóval (α ~ 10-4 K-1) rendelkező PE mátrixból.A kész polimer kompozit fóliák szobahőmérsékleten nagy vezetőképességet (σ) mutatnak, de amikor a hőmérséklet megközelíti a kapcsolási hőmérsékletet (Ts) a vezetőképesség 1 másodpercen belül hét-nyolc nagyságrenddel csökken a polimer térfogatának bővülése következtében, ami elválasztja a vezető részecskéket és megszakítja a vezető utakat (5B. ábra).A fólia azonnal szigetelővé válik, és így leállítja az akkumulátor működését (5C. ábra).Ez a folyamat nagymértékben visszafordítható, és többszöri túlmelegedés után is működhet anélkül, hogy a teljesítmény romlik.
5. ábra Stratégiák a 2. szakaszban felmerülő problémák megoldására.
(A) A TRPS áramkollektor hőkapcsoló mechanizmusának vázlatos illusztrációja.A széf akkumulátor egy vagy két áramkollektorral rendelkezik, amelyek vékony TRPS réteggel vannak bevonva.Szobahőmérsékleten normálisan működik.Magas hőmérséklet vagy nagy áramerősség esetén azonban a polimer mátrix kitágul, így elválik a vezetőképes részecskék, ami csökkentheti vezetőképességét, nagymértékben növeli ellenállását és leállítja az akkumulátort.Így az akkumulátor szerkezete sérülés nélkül védhető.Lehűléskor a polimer összezsugorodik, és visszanyeri az eredeti vezetőpályákat.(B) Különböző TRPS filmek ellenállásváltozásai a hőmérséklet függvényében, beleértve a különböző GrNi-terhelésű PE/GrNi-t és a 30%-os (v/v) GrNi-terhelésű PP/GrNi-t.(C) Kapacitás-összefoglaló a biztonságos LiCoO2-akkumulátor 25°C és leállítás közötti ciklusáról.A közel nulla kapacitás 70°C-on teljes leállást jelez.Az (A), (B) és (C) a Springer Nature engedélyével reprodukálható.(D) A mikrogömb alapú leállítási koncepció sematikus ábrázolása LIB-ekhez.Az elektródákat hőérzékeny mikrogömbökkel funkcionalizálják, amelyek a kritikus belső akkumulátorhőmérséklet felett hőátmeneten (olvadáson) mennek keresztül.Az olvadt kapszulák bevonják az elektróda felületét, ionosan szigetelő gátat képezve, és leállítják az akkumulátorcellát.(E) 94% alumínium-oxid részecskékből és 6% sztirol-butadién gumi (SBR) kötőanyagból álló vékony és önálló szervetlen kompozit membránt készítettem oldatos öntéssel.Jobb oldalon: Fényképek, amelyek a szervetlen kompozit szeparátor és a PE-leválasztó hőstabilitását mutatják.A szeparátorokat 40 percig 130 °C-on tartottuk.A PE jelentősen zsugorodott a pontozott négyzet területéről.A kompozit szeparátor azonban nem mutatott nyilvánvaló zsugorodást.Reprodukálva az Elsevier engedélyével.(F) Néhány magas olvadáspontú polimer molekulaszerkezete alacsony, magas hőmérsékleten zsugorodó szeparátor anyagként.Felső: poliimid (PI).Közép: cellulóz.Alul: poli(butilén)-tereftalát.(G) Balra: A PI DSC spektrumának összehasonlítása a PE és PP elválasztóval;a PI szeparátor kiváló termikus stabilitást mutat a 30°C és 275°C közötti hőmérséklet-tartományban.Jobb oldalon: Digitális fényképezőgépes fotók, amelyek összehasonlítják a kereskedelmi forgalomban kapható szeparátor és a szintetizált PI-leválasztó nedvesíthetőségét propilén-karbonát elektrolittal.Az American Chemical Society engedélyével reprodukálva.
Termikus leállási elválasztók.Egy másik stratégia az akkumulátorok termikus kifutásának megakadályozására a 2. szakaszban az, hogy le kell zárni a Li-ionok vezetési útvonalát a szeparátoron keresztül.Az elválasztók kulcsfontosságúak a LIB-k biztonsága szempontjából, mivel megakadályozzák a nagy energiájú katód és az anód anyagok közötti közvetlen elektromos érintkezést, miközben lehetővé teszik az ionszállítást.A PP és PE a leggyakrabban használt anyagok, de gyenge hőstabilitásúak, olvadáspontjuk ~165°, illetve ~135°C.Kereskedelmi LIB-hez már forgalomba hoztak PP/PE/PP háromrétegű elválasztókat, ahol a PE egy védő középső réteg.Amikor az akkumulátor belső hőmérséklete egy kritikus hőmérséklet fölé emelkedik (~130°C), a porózus PE réteg részben megolvad, lezárja a film pórusait és megakadályozza az ionok vándorlását a folyékony elektrolitban, míg a PP réteg mechanikai támogatást nyújt a belső tér elkerülése érdekében. rövidre zárás .Alternatív megoldásként a LIB hő által indukált leállítása úgy is elérhető, hogy hőre reagáló PE vagy paraffinviasz mikrogömböket használnak az akkumulátor anódjainak vagy elválasztóinak védőrétegeként.Amikor az akkumulátor belső hőmérséklete elér egy kritikus értéket, a mikrogömbök megolvadnak, és nem áteresztő védőréteggel vonják be az anódot/leválasztót, leállítva a Li-ion szállítást és véglegesen leállítva a cellát (5D. ábra).
Nagy termikus stabilitású elválasztók.Az akkumulátorleválasztók termikus stabilitásának javítására az elmúlt évek során két megközelítést fejlesztettek ki:
(1) Kerámiával javított szeparátorok, amelyeket kerámiarétegek, például SiO2 és Al2O3 közvetlen bevonásával vagy felületi növesztésével állítanak elő a meglévő poliolefin szeparátorfelületeken, vagy kerámiaporok beágyazásával a polimer anyagokba (5E. ábra), nagyon magas olvadáspontot és nagy mechanikai szilárdságot mutatnak, valamint viszonylag magas hővezető képességgel rendelkeznek.Néhány, ezzel a stratégiával előállított kompozit szeparátor kereskedelmi forgalomba került, például a Separion (márkanév).
(2) Az elválasztó anyagok poliolefinről magas olvadáspontú, melegítés hatására alacsony zsugorodású polimerekre, például poliimidre, cellulózra, poli(butilén)-tereftalátra és más hasonló poli(észterekre) történő cseréje egy másik hatékony stratégia a hőstabilitás javítására. elválasztók (5F ábra).Például a poliimid egy hőre keményedő polimer, amelyet széles körben ígéretes alternatívának tekintenek, mivel kiváló hőstabilitása (400°C felett stabil), jó vegyszerállósága, nagy szakítószilárdsága, jó elektrolit-nedvesíthetősége és égésgátlása miatt.5G. ábra) .
Akkumulátorcsomagok hűtő funkcióval.Az akkumulátor teljesítményének javítására és a hőmérséklet-emelkedés lassítására a levegő keringetésével vagy folyadékhűtéssel lehetővé tett, készülékléptékű hőkezelési rendszereket alkalmaztak.Ezenkívül fázisváltó anyagokat, például paraffinviaszt integráltak az akkumulátorokba, hogy hűtőbordaként működjenek a hőmérséklet szabályozására, így elkerülhető a hőmérséklettel való visszaélés.
A problémák megoldása a 3. szakaszban (égés és robbanás)
A legtöbb tűzhöz a hő, az oxigén és az üzemanyag, az úgynevezett „tűzháromszög” szükséges.Az 1. és 2. szakasz során keletkező hő és oxigén felhalmozódásával az üzemanyag (vagyis a nagyon gyúlékony elektrolitok) automatikusan égni kezd.Az elektrolit oldószerek gyúlékonyságának csökkentése létfontosságú az akkumulátorok biztonsága és a LIB-k további nagy léptékű alkalmazása szempontjából.
Égésgátló adalékok.Óriási kutatási erőfeszítéseket tettek a folyékony elektrolitok gyúlékonyságát csökkentő égésgátló adalékok kifejlesztésére.A folyékony elektrolitokban használt égésgátló adalékok többsége szerves foszforvegyületeken vagy szerves halogénezett vegyületeken alapul.Mivel a halogének veszélyesek a környezetre és az emberi egészségre, a szerves foszforvegyületek ígéretesebbek égésgátló adalékanyagként magas égésgátló képességük és környezetbarát tulajdonságaik miatt.A tipikus szerves foszforvegyületek közé tartozik a trimetil-foszfát, trifenil-foszfát, bisz(2-metoxi-etoxi)-metil-allil-foszfonát, trisz(2,2,2-trifluor-etil)-foszfit, (etoxi)-pentafluor-ciklotrifoszfazén, foszfa-etilén-etilén stb.6A ábra).E foszfortartalmú vegyületek égésgátló hatásának mechanizmusát általában egy kémiai gyökfogó folyamatnak tartják.Az égés során a foszfortartalmú molekulák foszfortartalmú szabad gyökökké bomlhatnak le, amelyek aztán leállíthatják a láncreakció terjedése során keletkező gyököket (például H és OH gyököket), amelyek a folyamatos égésért felelősek (6. ábra, B és C) .Sajnos a gyúlékonyság csökkentése ezen foszfortartalmú égésgátlók hozzáadásával az elektrokémiai teljesítmény rovására megy.Ennek a kompromisszumnak a javítása érdekében más kutatók néhány módosítást hajtottak végre a molekulaszerkezetükön: (i) az alkil-foszfátok részleges fluorozása javíthatja reduktív stabilitásukat és égésgátlási hatékonyságukat;(ii) védőfilm-képző és égésgátló tulajdonságokkal rendelkező vegyületek, például bisz(2-metoxi-etoxi)metilallil-foszfonát alkalmazása, ahol az allilcsoportok polimerizálódhatnak és stabil SEI filmet képezhetnek a grafit felületeken, így hatékonyan megelőzve a veszélyes oldalt reakciók;(iii) a P(V)-foszfát cseréje P(III)-foszfitokra, amelyek elősegítik a SEI képződést, és képesek deaktiválni a veszélyes PF5-öt [például trisz(2,2,2-trifluor-etil)-foszfit];és (iv) a szerves foszfortartalmú adalékanyagok helyettesítése ciklikus foszfazénekkel, különösen fluorozott ciklofoszfazonnal, amelyek fokozott elektrokémiai kompatibilitással rendelkeznek.
6. ábra Stratégiák a problémák megoldására a 3. szakaszban.
(A) Az égésgátló adalékok tipikus molekuláris szerkezete.(B) E foszfortartalmú vegyületek égésgátló hatásának mechanizmusa általában egy kémiai gyökfogó folyamat, amely a gázfázisban leállíthatja az égési reakcióért felelős gyökös láncreakciókat.TPP, trifenil-foszfát.(C) A tipikus karbonát elektrolit önkioltási ideje (SET) jelentősen csökkenthető trifenil-foszfát hozzáadásával.(D) Az „intelligens” elektrofonású szeparátor vázlata hővezérelt lángkésleltető tulajdonságokkal LIB-ekhez.A szabadon álló szeparátor mag-héj szerkezetű mikroszálakból áll, ahol az égésgátló a mag, a polimer pedig a héj.Termikus kioldáskor a polimer héj megolvad, majd a kapszulázott égésgátló anyag az elektrolitba kerül, így hatékonyan elnyomja az elektrolitok gyulladását és égését.(E) A TPP@PVDF-HFP mikroszálak SEM-képe a maratást követően egyértelműen mutatja a mag-héj szerkezetüket.Skála, 5 μm.(F) Szobahőmérsékletű ionos folyadék tipikus molekuláris szerkezete, amelyet nem gyúlékony elektrolitként használnak a LIB-ekhez.(G) A PFPE, egy nem gyúlékony, perfluorozott PEO analóg molekulaszerkezete.Két metil-karbonát csoportot módosítottak a polimer láncok termináljain, hogy biztosítsák a molekulák kompatibilitását a jelenlegi akkumulátorrendszerekkel.
Meg kell jegyezni, hogy mindig van kompromisszum az elektrolit csökkent gyúlékonysága és a cella teljesítménye között a felsorolt adalékok esetében, bár ez a kompromisszum a fenti molekuláris kialakítások révén javult.Egy másik javasolt stratégia a probléma megoldására az égésgátló anyag beépítése a mikroszálak védőpolimer héjába, amelyeket tovább halmoznak, hogy nemszőtt elválasztót képezzenek (6D. ábra) .A LIB-k számára új, elektromosan fonott, nem szőtt mikroszálas szeparátort készítettek, amely hővezérelt égésgátló tulajdonságokkal rendelkezik.Az égésgátló anyagnak a védőpolimer héjon belüli tokozása megakadályozza, hogy az égésgátló közvetlenül érintkezzen az elektrolittal, megakadályozva a késleltető anyagok negatív hatását az akkumulátor elektrokémiai teljesítményére (6E ábra).Ha azonban a LIB akkumulátor termikus kifutása megtörténik, a poli(vinilidén-fluorid-hexafluor-propilén) kopolimer (PVDF-HFP) héja a hőmérséklet emelkedésével megolvad.Ekkor a kapszulázott trifenil-foszfát égésgátló anyag az elektrolitba kerül, így hatékonyan elnyomja a tűzveszélyes elektrolitok égését.
Ennek a dilemmának a megoldására egy „sókoncentrált elektrolit” koncepciót is kidolgoztak.Ezek az újratölthető akkumulátorokhoz használható szerves tűzoltó elektrolitok sóként LiN(SO2F)2-t, egyedüli oldószerként pedig a trimetil-foszfát (TMP) népszerű égésgátló anyagát tartalmazzák.A robusztus sóból származó szervetlen SEI spontán kialakulása az anódon kulcsfontosságú a stabil elektrokémiai teljesítményhez.Ez az új stratégia kiterjeszthető számos egyéb égésgátlóra, és új utat nyithat új égésgátló oldószerek kifejlesztéséhez a biztonságosabb LIB-k számára.
Nem gyúlékony folyékony elektrolitok.Az elektrolit biztonsági problémáinak végső megoldása a belsőleg nem gyúlékony elektrolitok kifejlesztése lenne.A nem gyúlékony elektrolitok egyik széles körben tanulmányozott csoportja az ionos folyadékok, különösen a szobahőmérsékletű ionos folyadékok, amelyek nem illékonyak (nincs kimutatható gőznyomás 200 °C alatt), nem gyúlékonyak és széles hőmérsékleti ablakkal rendelkeznek (6F ábra) .A nagy viszkozitásukból, az alacsony Li átviteli számukból, a katódos vagy reduktív instabilitásukból, valamint az ionos folyadékok magas költségéből adódó kis sebességű képesség problémáinak megoldásához azonban továbbra is folyamatos kutatásra van szükség.
A kis molekulatömegű hidrofluor-éterek a nem gyúlékony folyékony elektrolitok egy másik osztályát alkotják, mivel lobbanáspontjuk magas vagy nincs lobbanáspontja, nem gyúlékony, alacsony felületi feszültségük, alacsony viszkozitásuk, alacsony fagyási hőmérsékletük stb.Megfelelő molekuláris tervezést kell végezni, hogy kémiai tulajdonságaikat hozzáigazítsák az akkumulátor-elektrolitok kritériumaihoz.Egy érdekes példa, amelyről nemrégiben számoltak be, a perfluor-poliéter (PFPE), egy perfluorozott polietilén-oxid (PEO) analóg, amely jól ismert gyúlékonyságáról.6G ábra) .A PFPE láncok (PFPE-DMC) terminális csoportjain két metil-karbonát csoportot módosítottak, hogy biztosítsák a molekulák kompatibilitását a jelenlegi akkumulátorrendszerekkel.Így a PFPE-k nem gyúlékonysága és termikus stabilitása jelentősen javíthatja a LIB-k biztonságát, miközben az egyedi molekulaszerkezet-kialakításnak köszönhetően növeli az elektrolit transzferszámot.
A 3. szakasz az utolsó, de különösen döntő szakasz a termikus kifutási folyamat szempontjából.Meg kell jegyezni, hogy bár nagy erőfeszítéseket tettek a legmodernebb folyékony elektrolitok gyúlékonyságának csökkentésére, a nem illékony szilárdtest-elektrolitok alkalmazása nagy ígéretet mutat.A szilárd elektrolitok alapvetően két kategóriába sorolhatók: szervetlen kerámia elektrolitok [szulfidok, oxidok, nitridek, foszfátok stb.] és szilárd polimer elektrolitok [Li-sók keverékei polimerekkel, például poli(etilén-oxid), poliakrilnitril stb.].A szilárd elektrolitok javítására tett erőfeszítéseket itt nem részletezzük, mivel ezt a témát már több közelmúltbeli áttekintés is jól összefoglalta.
KITEKINTÉS
A múltban számos újszerű anyagot fejlesztettek ki az akkumulátor biztonságának javítására, bár a probléma még nem teljesen megoldott.Ezen túlmenően a biztonsági problémák mögött meghúzódó mechanizmusok az egyes akkumulátorok kémiája esetén eltérőek.Ezért a különböző akkumulátorokhoz szabott anyagokat kell megtervezni.Úgy gondoljuk, hogy a hatékonyabb módszerek és a jól megtervezett anyagok még felfedezésre várnak.Itt felsorolunk néhány lehetséges irányt a jövőbeli akkumulátorbiztonsági kutatásokhoz.
Először is fontos in situ vagy in operando módszerek kidolgozása a LIB-k belső egészségi állapotának kimutatására és monitorozására.Például a termikus kifutási folyamat szorosan összefügg a LIB-ken belüli belső hőmérséklet- vagy nyomásnövekedéssel.Az akkumulátorokon belüli hőmérséklet-eloszlás azonban meglehetősen bonyolult, és módszerekre van szükség az elektrolitok és elektródák, valamint a szeparátorok értékeinek pontos ellenőrzéséhez.Így ezeknek a paramétereknek a különböző komponenseknél történő mérése kritikus fontosságú a diagnózis és az akkumulátorbiztonsági veszélyek megelőzése szempontjából.
Az elválasztók hőstabilitása kulcsfontosságú az akkumulátor biztonsága szempontjából.Az újonnan kifejlesztett, magas olvadáspontú polimerek hatékonyan növelik a szeparátor termikus integritását.Mechanikai tulajdonságaik azonban még mindig gyengébbek, ami nagymértékben csökkenti feldolgozhatóságukat az akkumulátor összeszerelése során.Ezenkívül az ár is fontos tényező, amelyet figyelembe kell venni a gyakorlati alkalmazásoknál.
A szilárd elektrolitok fejlesztése tűnik a végső megoldásnak a LIB-k biztonsági problémáira.A szilárd elektrolit nagymértékben csökkenti az akkumulátor belső rövidzárlatának lehetőségét, valamint a tűz- és robbanásveszélyt.Bár nagy erőfeszítéseket tettek a szilárd elektrolitok fejlesztésére, teljesítményük továbbra is messze elmarad a folyékony elektrolitokétől.A szervetlen és polimer elektrolitokból álló kompozitok nagy lehetőségeket rejtenek magukban, de kényes tervezést és előkészítést igényelnek.Hangsúlyozzuk, hogy a szervetlen-polimer interfészek megfelelő tervezése és illesztésük tervezése kulcsfontosságú a hatékony Li-ion szállításhoz.
Meg kell jegyezni, hogy nem a folyékony elektrolit az egyetlen éghető elem.Például, ha a LIB-k erősen feltöltöttek, az éghető lítium-anód anyagok (például lítium-grafit) szintén nagy biztonsági aggályt jelentenek.A szilárdtest anyagok tüzét hatékonyan késleltető égésgátló szerek biztonságának növelése érdekében rendkívül igényesek.Az égésgátlók keverhetők a grafittal polimer kötőanyagok vagy vezetőképes keretek formájában.
Az akkumulátor biztonsága meglehetősen összetett és kifinomult probléma.Az akkumulátorbiztonság jövője további erőfeszítéseket tesz szükségessé az alapvető mechanikai tanulmányok terén a mélyebb megértés érdekében a fejlettebb jellemzési módszerek mellett, amelyek további információkat kínálhatnak az anyagok tervezéséhez.Bár ez az áttekintés az anyagszintű biztonságra összpontosít, meg kell jegyezni, hogy további holisztikus megközelítésre van szükség a LIB-k biztonsági kérdésének megoldásához, ahol az anyagok, a cellakomponensek és -formátum, valamint az akkumulátormodul és a csomagok egyenlő szerepet játszanak az akkumulátorok megbízhatóvá tételében. piacra bocsátják.
IRODALOM ÉS JEGYZETEK
Kai Liu, Yayuan Liu, DingchangLin, Allen Pei, Yi Cui, Anyagok a lítium-ion akkumulátorok biztonságához, ScienceAdvances, DOI:10.1126/sciadv.aas9820
Feladás időpontja: 2021-05-05
