abstrak
Bateri litium-ion (LIB) dianggap sebagai salah satu teknologi penyimpanan tenaga yang paling penting.Apabila ketumpatan tenaga bateri meningkat, keselamatan bateri menjadi lebih kritikal jika tenaga dilepaskan secara tidak sengaja.Kemalangan yang berkaitan dengan kebakaran dan letupan LIB kerap berlaku di seluruh dunia.Sesetengahnya telah menyebabkan ancaman serius kepada kehidupan dan kesihatan manusia dan telah menyebabkan banyak penarikan balik produk oleh pengeluar.Insiden ini adalah peringatan bahawa keselamatan adalah prasyarat untuk bateri, dan isu serius perlu diselesaikan sebelum penggunaan sistem bateri bertenaga tinggi pada masa hadapan.Kajian semula ini bertujuan untuk meringkaskan asas asal-usul isu keselamatan LIB dan menyerlahkan kemajuan utama terkini dalam reka bentuk bahan untuk meningkatkan keselamatan LIB.Kami menjangkakan bahawa Kajian semula ini akan memberi inspirasi kepada peningkatan selanjutnya dalam keselamatan bateri, terutamanya untuk LIB baru muncul dengan ketumpatan tenaga tinggi.
ASAL USUL ISU KESELAMATAN LIB
Elektrolit cecair organik di dalam LIB secara intrinsik mudah terbakar.Salah satu kegagalan sistem LIB yang paling dahsyat ialah peristiwa lari terma melata, yang dianggap sebagai punca utama kebimbangan keselamatan bateri .Secara amnya, pelarian haba berlaku apabila tindak balas eksotermik di luar kawalan.Apabila suhu bateri meningkat sehingga melebihi ~80°C, kadar tindak balas kimia eksotermik di dalam bateri meningkat dan seterusnya memanaskan sel, menghasilkan kitaran maklum balas positif .Suhu yang terus meningkat boleh mengakibatkan kebakaran dan letupan, terutamanya untuk pek bateri yang besar.Oleh itu, memahami punca dan proses pelarian haba boleh membimbing reka bentuk bahan berfungsi untuk meningkatkan keselamatan dan kebolehpercayaan LIB.Proses pelarian haba boleh dibahagikan kepada tiga peringkat, seperti yang diringkaskan dalamRajah 1.
Rajah 1 Tiga peringkat untuk proses pelarian haba.
Peringkat 1: Permulaan terlalu panas.Bateri berubah daripada keadaan biasa kepada keadaan tidak normal, dan suhu dalaman mula meningkat.Peringkat 2: Pengumpulan haba dan proses pelepasan gas.Suhu dalaman cepat meningkat, dan bateri mengalami tindak balas eksoterma.Peringkat 3: Pembakaran dan letupan.Elektrolit mudah terbakar terbakar, membawa kepada kebakaran dan juga letupan.
Bermulanya terlalu panas (peringkat 1)
Larian haba bermula daripada sistem bateri yang terlalu panas.Terlalu panas awal boleh berlaku akibat bateri dicas melebihi voltan yang direka bentuk (overcharging), pendedahan kepada suhu yang berlebihan, litar pintas luaran akibat pendawaian yang rosak, atau litar pintas dalaman akibat kecacatan sel.Antaranya, pintasan dalaman adalah sebab utama pelarian haba dan agak sukar dikawal.Pempintasan dalaman boleh berlaku dalam keadaan penghancuran sel seperti penembusan serpihan logam luaran;perlanggaran kenderaan;pembentukan litium dendrit di bawah pengecasan ketumpatan arus tinggi, dalam keadaan pengecasan berlebihan atau pada suhu rendah;dan pemisah cacat yang dicipta semasa pemasangan bateri, untuk menamakan beberapa.Sebagai contoh, pada awal Oktober 2013, sebuah kereta Tesla berhampiran Seattle melanggar serpihan logam yang menembusi perisai dan pek bateri.Serpihan menembusi pemisah polimer dan menyambung terus katod dan anod, menyebabkan bateri menjadi litar pintas dan terbakar;pada tahun 2016, bateri Samsung Note 7 terbakar adalah disebabkan oleh pemisah ultranipis yang agresif yang mudah rosak oleh tekanan luar atau burr kimpalan pada elektrod positif, menyebabkan bateri litar pintas .
Semasa peringkat 1, operasi bateri berubah daripada keadaan biasa kepada keadaan tidak normal, dan semua isu yang disenaraikan di atas akan menyebabkan bateri menjadi terlalu panas.Apabila suhu dalaman mula meningkat, peringkat 1 tamat dan peringkat 2 bermula.
Pengumpulan haba dan proses pelepasan gas (peringkat 2)
Apabila peringkat 2 bermula, suhu dalaman meningkat dengan cepat, dan bateri mengalami tindak balas berikut (tindak balas ini tidak berlaku dalam urutan yang diberikan tepat; sesetengah daripadanya mungkin berlaku serentak):
(1) Penguraian interfasa elektrolit pepejal (SEI) disebabkan oleh terlalu panas atau penembusan fizikal .Lapisan SEI terutamanya terdiri daripada komponen stabil (seperti LiF dan Li2CO3) dan metastabil [seperti polimer, ROCO2Li, (CH2OCO2Li)2, dan ROLi].Walau bagaimanapun, komponen metastabil boleh terurai secara eksotermik pada kira-kira >90°C, membebaskan gas mudah terbakar dan oksigen.Ambil (CH2OCO2Li)2 sebagai contoh
(CH2OCO2Li)2→Li2CO3+C2H4+CO2+0.5O2
(2) Dengan penguraian SEI, suhu meningkat, dan logam litium atau litium berselang dalam anod akan bertindak balas dengan pelarut organik dalam elektrolit, membebaskan gas hidrokarbon mudah terbakar (etana, metana, dan lain-lain).Ini adalah tindak balas eksotermik yang memacu suhu lebih jauh.
(3) BilaT> ~130°C, pemisah polietilena (PE)/polipropilena (PP) mula cair, yang memburukkan lagi keadaan dan menyebabkan litar pintas antara katod dan anod.
(4) Akhirnya, haba menyebabkan penguraian bahan katod logam litium oksida dan mengakibatkan pembebasan oksigen.Ambil LiCoO2 sebagai contoh, yang boleh terurai bermula pada ~180°C seperti berikut
Pecahan katod juga sangat eksotermik, meningkatkan lagi suhu dan tekanan dan, akibatnya, mempercepatkan lagi tindak balas.
Semasa peringkat 2, suhu meningkat dan oksigen terkumpul di dalam bateri.Proses pelarian haba bermula dari peringkat 2 hingga peringkat 3 sebaik sahaja oksigen dan haba yang mencukupi telah terkumpul untuk pembakaran bateri.
Pembakaran dan letupan (peringkat 3)
Pada peringkat 3, pembakaran bermula.Elektrolit LIB adalah organik, yang merupakan gabungan hampir universal alkil karbonat kitaran dan linear.Mereka mempunyai kemeruapan yang tinggi dan secara intrinsik sangat mudah terbakar.Mengambil elektrolit karbonat yang popular digunakan [campuran etilena karbonat (EC) + dimetil karbonat (DMC) (1:1 mengikut berat)] sebagai contoh, ia menunjukkan tekanan wap 4.8 kPa pada suhu bilik dan takat kilat yang sangat rendah sebanyak 25° ± 1°C pada tekanan udara 1.013 bar .Oksigen dan haba yang dibebaskan pada peringkat 2 menyediakan keadaan yang diperlukan untuk pembakaran elektrolit organik mudah terbakar, dengan itu menyebabkan bahaya kebakaran atau letupan.
Pada peringkat 2 dan 3, tindak balas eksotermik berlaku dalam keadaan hampir adiabatik.Oleh itu, kalorimetri kadar dipercepatkan (ARC) ialah teknik yang digunakan secara meluas yang mensimulasikan persekitaran di dalam LIB, yang memudahkan pemahaman kita tentang kinetik tindak balas pelarian haba.Rajah 2menunjukkan lengkung ARC tipikal LIB yang direkodkan semasa ujian penyalahgunaan haba.Mensimulasikan peningkatan suhu pada peringkat 2, sumber haba luaran meningkatkan suhu bateri kepada suhu permulaan.Di atas suhu ini, SEI terurai, yang akan mencetuskan lebih banyak tindak balas kimia eksotermik.Akhirnya, pemisah akan cair.Kadar pemanasan sendiri akan meningkat selepas itu, membawa kepada pelarian haba (apabila kadar pemanasan sendiri ialah >10°C/min) dan pembakaran elektrolit (peringkat 3).
Anod ialah grafit microbead mesocarbon.Katod ialah LiNi0.8Co0.05Al0.05O2.Elektrolit ialah 1.2 M LiPF6 dalam EC/PC/DMC.Pemisah trilayer Celgard 2325 telah digunakan.Diadaptasi dengan kebenaran daripada Electrochemical Society Inc.
Perlu diingatkan bahawa tindak balas yang digambarkan di atas tidak berlaku secara ketat satu demi satu dalam susunan yang diberikan.Ia adalah isu yang kompleks dan sistematik.
BAHAN DENGAN KESELAMATAN BATERI YANG DIPERTINGKATKAN
Berdasarkan pemahaman pelarian haba bateri, banyak pendekatan sedang dikaji, dengan tujuan untuk mengurangkan bahaya keselamatan melalui reka bentuk rasional komponen bateri.Dalam bahagian seterusnya, kami meringkaskan pendekatan bahan yang berbeza untuk meningkatkan keselamatan bateri, menyelesaikan masalah yang sepadan dengan peringkat pelarian haba yang berbeza.
Untuk menyelesaikan masalah di peringkat 1 (permulaan terlalu panas)
Bahan anod yang boleh dipercayai.Pembentukan dendrit Li pada anod LIB memulakan peringkat pertama pelarian haba.Walaupun isu ini telah dikurangkan dalam anod LIB komersial (contohnya, anod berkarbon), pembentukan Li dendrit tidak dihalang sepenuhnya.Contohnya, dalam LIB komersil, pemendapan dendrit lebih disukai berlaku pada tepi elektrod grafit jika anod dan katod tidak berpasangan dengan baik .Selain itu, keadaan operasi LIB yang tidak betul juga boleh mengakibatkan pemendapan logam Li dengan pertumbuhan dendrit.Telah diketahui umum bahawa dendrit boleh dibentuk dengan mudah jika bateri dicas (i) pada ketumpatan arus tinggi di mana pemendapan logam Li lebih cepat daripada resapan ion Li dalam grafit pukal;(ii) di bawah keadaan pengecasan berlebihan apabila grafit terlampau terang;dan (iii) pada suhu rendah [contohnya, suhu subambien (~0°C)], disebabkan oleh peningkatan kelikatan elektrolit cecair dan peningkatan rintangan resapan Li-ion .
Dari sudut pandangan sifat bahan, punca akar yang menentukan permulaan pertumbuhan dendrit Li pada anod adalah SEI yang tidak stabil dan tidak seragam, yang menyebabkan pengagihan arus tempatan tidak sekata.Komponen elektrolit, terutamanya bahan tambahan, telah disiasat untuk meningkatkan keseragaman SEI dan menghapuskan pembentukan Li dendrit.Bahan tambahan biasa termasuk sebatian tak organik [contohnya, CO2 , LiI , dsb.] dan sebatian organik yang mengandungi ikatan karbon tak tepu seperti vinilena karbonat dan aditif maleimide;molekul kitaran tidak stabil seperti butyrolactone, etilena sulfit, dan terbitannya;dan sebatian terfluorinasi seperti fluoroetilena karbonat, antara lain.Walaupun pada tahap bahagian-per-juta, molekul ini masih boleh memperbaiki morfologi SEI, dengan itu menghomogenkan fluks Li-ion dan menghapuskan kemungkinan pembentukan Li dendrit.
Secara keseluruhannya, cabaran dendrit Li masih terdapat dalam grafit atau anod karbon dan silikon/SiO yang mengandungi anod generasi seterusnya.Menyelesaikan isu pertumbuhan Li dendrit adalah cabaran yang penting untuk penyesuaian kimia Li-ion ketumpatan tenaga tinggi dalam masa terdekat.Perlu diingatkan bahawa, baru-baru ini, banyak usaha telah ditumpukan untuk menyelesaikan isu pembentukan Li dendrit dalam anod logam Li tulen dengan menghomogenkan fluks Li-ion semasa pemendapan Li;contohnya, salutan lapisan pelindung , kejuruteraan SEI tiruan , dsb. Dalam aspek ini, beberapa kaedah mungkin dapat menjelaskan cara menangani isu mengenai anod berkarbon dalam LIB juga.
Elektrolit cecair pelbagai fungsi dan pemisah.Elektrolit cecair dan pemisah memainkan peranan penting dalam mengasingkan katod dan anod bertenaga tinggi secara fizikal.Oleh itu, elektrolit dan pemisah pelbagai fungsi yang direka dengan baik boleh melindungi bateri dengan ketara pada peringkat awal pelarian haba bateri (peringkat 1).
Untuk melindungi bateri daripada penghancuran mekanikal, elektrolit cecair pemekat ricih telah diperoleh dengan penambahan mudah silika berwasap kepada elektrolit karbonat (1 M LiFP6 dalam EC/DMC) .Apabila tekanan mekanikal atau hentaman, bendalir mempamerkan kesan penebalan ricih dengan peningkatan kelikatan, oleh itu menghilangkan tenaga hentaman dan menunjukkan toleransi terhadap penghancuran (Rajah 3A)
Rajah 3 Strategi untuk menyelesaikan isu di peringkat 1.
(A) Elektrolit penebalan ricih.Atas: Untuk elektrolit biasa, kesan mekanikal boleh menyebabkan pintasan dalaman bateri, menyebabkan kebakaran dan letupan.Bawah: Elektrolit pintar novel dengan kesan penebalan ricih di bawah tekanan atau hentaman menunjukkan toleransi yang sangat baik terhadap penghancuran, yang boleh meningkatkan keselamatan mekanikal bateri dengan ketara.(B) Pemisah dwifungsi untuk pengesanan awal dendrit litium.Pembentukan dendrit dalam bateri litium tradisional, di mana penembusan lengkap pemisah oleh dendrit litium hanya dikesan apabila bateri gagal kerana litar pintas dalaman.Sebagai perbandingan, bateri litium dengan pemisah dwifungsi (terdiri daripada lapisan pengalir yang diapit di antara dua pemisah konvensional), di mana dendrit litium yang terlalu besar menembusi pemisah dan bersentuhan dengan lapisan kuprum pengalir, mengakibatkan penurunan dalamVCu−Li, yang berfungsi sebagai amaran tentang kegagalan yang akan berlaku akibat litar pintas dalaman.Walau bagaimanapun, bateri penuh kekal beroperasi dengan selamat dengan potensi bukan sifar.(A) dan (B) disesuaikan atau diterbitkan semula dengan kebenaran daripada Springer Nature.(C) Pemisah tiga lapis untuk menggunakan dendrit Li berbahaya dan memanjangkan hayat bateri.Kiri: Anod litium dengan mudah boleh membentuk mendapan dendritik, yang secara beransur-ansur boleh membesar dan menembusi pemisah polimer lengai.Apabila dendrit akhirnya menyambungkan katod dan anod, bateri menjadi litar pintas dan gagal.Kanan: Lapisan nanozarah silika diapit oleh dua lapisan pemisah polimer komersial.Oleh itu, apabila litium dendrit tumbuh dan menembusi pemisah, mereka akan menghubungi nanozarah silika dalam lapisan diapit dan digunakan secara elektrokimia.(D) Mengimbas imej mikroskop elektron (SEM) bagi pemisah diapit zarah nano silika.(E) Voltan biasa berbanding profil masa bateri Li/Li dengan pemisah konvensional (lengkung merah) dan pemisah trilayer diapit zarah nano silika (lengkung hitam) diuji di bawah keadaan yang sama.(C), (D), dan (E) diterbitkan semula dengan kebenaran daripada John Wiley and Sons.(F) Ilustrasi skematik mekanisme aditif ulang-alik redoks.Pada permukaan katod yang dicas berlebihan, bahan tambah redoks dioksidakan kepada bentuk [O], yang kemudiannya akan dikurangkan kembali kepada keadaan asalnya [R] pada permukaan anod melalui resapan melalui elektrolit.Kitaran elektrokimia pengoksidaan-resapan-pengurangan-resapan boleh dikekalkan selama-lamanya dan dengan itu mengunci potensi katod daripada pengecasan berlebihan yang berbahaya.(G) Struktur kimia biasa bahan tambah ulang-alik redoks.(H) Mekanisme aditif cas berlebihan penutupan yang boleh berpolimer secara elektrokimia pada potensi tinggi.(I) Struktur kimia biasa bagi aditif cas berlebihan penutupan.Potensi kerja bahan tambah disenaraikan di bawah setiap struktur molekul dalam (G), (H), dan (I).
Pemisah boleh melindungi katod dan anod secara elektronik dan memainkan peranan penting dalam memantau keadaan kesihatan bateri in situ untuk mengelakkan kemerosotan selanjutnya melepasi peringkat 1. Contohnya, "pemisah dwifungsi" dengan konfigurasi trilayer polimer-logam-polimer (Rajah 3B) boleh menyediakan fungsi pengesan voltan baharu.Apabila dendrit tumbuh keluar dan mencapai lapisan perantaraan, ia akan menyambungkan lapisan logam dan anod supaya penurunan voltan secara tiba-tiba di antara mereka dapat dikesan serta-merta sebagai output.
Selain pengesanan, pemisah tiga lapis telah direka untuk memakan dendrit Li berbahaya dan melambatkan pertumbuhannya selepas menembusi pemisah .Lapisan nanozarah silika, diapit oleh dua lapisan pemisah poliolefin komersial (Rajah 3, C dan D), boleh menggunakan sebarang dendrit Li berbahaya yang menembusi, sekali gus meningkatkan keselamatan bateri dengan cekap.Hayat bateri yang dilindungi telah dilanjutkan dengan ketara kira-kira lima kali ganda berbanding dengan bateri yang mempunyai pemisah konvensional (Rajah 3E).
Perlindungan pengecasan berlebihan.Pengecasan berlebihan ditakrifkan sebagai mengecas bateri melebihi voltan yang direka bentuknya.Pengecasan berlebihan boleh dicetuskan oleh ketumpatan arus khusus yang tinggi, profil pengecasan yang agresif, dsb., yang boleh membawa beberapa siri masalah, termasuk (i) pemendapan logam Li pada anod, yang menjejaskan prestasi dan keselamatan elektrokimia bateri secara serius;(ii) penguraian bahan katod, membebaskan oksigen;dan (iii) penguraian elektrolit organik, membebaskan haba dan produk gas (H2, hidrokarbon, CO, dsb.), yang bertanggungjawab untuk pelarian haba .Tindak balas elektrokimia semasa penguraian adalah rumit, beberapa daripadanya disenaraikan di bawah.
Asterisk (*) menandakan bahawa gas hidrogen berasal daripada protik, meninggalkan kumpulan yang dijana semasa pengoksidaan karbonat di katod, yang kemudiannya meresap ke anod untuk dikurangkan dan menghasilkan H2.
Berdasarkan perbezaan dalam fungsinya, aditif perlindungan cas berlebihan boleh diklasifikasikan sebagai aditif ulang-alik redoks dan aditif penutupan.Yang pertama melindungi sel daripada cas berlebihan secara terbalik, manakala yang kedua menamatkan operasi sel secara kekal.
Aditif ulang-alik redoks berfungsi dengan mengecilkan lebihan cas yang disuntik ke dalam bateri secara elektrokimia apabila cas berlebihan berlaku.Seperti yang ditunjukkan dalamRajah 3F, mekanisme ini berdasarkan bahan tambah redoks yang mempunyai potensi pengoksidaan lebih rendah sedikit daripada penguraian anodik elektrolit.Pada permukaan katod yang dicas berlebihan, bahan tambah redoks dioksidakan kepada bentuk [O], yang kemudiannya akan dikurangkan kembali kepada keadaan asalnya [R] pada permukaan anod selepas resapan melalui elektrolit.Selepas itu, aditif terkurang boleh meresap kembali ke katod, dan kitaran elektrokimia "pengoksidaan-resapan-pengurangan-resapan" boleh dikekalkan selama-lamanya dan dengan itu mengunci potensi katod daripada pengecasan berlebihan yang berbahaya.Kajian telah menunjukkan bahawa potensi redoks bahan tambahan hendaklah kira-kira 0.3 hingga 0.4 V melebihi potensi katod.
Satu siri bahan tambahan dengan struktur kimia yang disesuaikan dengan baik dan potensi redoks telah dibangunkan, termasuk metallosen organologam, fenotiazin, triphenylamin, dimetoksibenzena dan terbitannya, dan 2-(pentafluorofenil)-tetrafluoro-1,3,2-benzodioxaboroleRajah 3G).Dengan menyesuaikan struktur molekul, potensi pengoksidaan aditif boleh ditala ke atas 4 V, yang sesuai untuk bahan katod voltan tinggi dan elektrolit yang berkembang pesat.Prinsip reka bentuk asas melibatkan menurunkan orbital molekul tertinggi yang diduduki bahan tambahan dengan cara menambah pengganti penarik elektron, yang membawa kepada peningkatan potensi pengoksidaan.Selain bahan tambahan organik, beberapa garam tak organik, yang bukan sahaja boleh berfungsi sebagai garam elektrolit tetapi juga boleh berfungsi sebagai ulang-alik redoks, seperti garam gugusan perfluoroborane [iaitu, litium fluorododecaborates (Li2B12F).xH12−x)], juga didapati sebagai bahan tambahan ulang-alik redoks yang cekap.
Tutup tambah cas berlebihan ialah kelas bahan tambah perlindungan cas berlebihan tak boleh balik.Ia berfungsi sama ada dengan melepaskan gas pada potensi tinggi, yang seterusnya, mengaktifkan peranti pencelah semasa, atau dengan pempolimeran elektrokimia secara kekal pada potensi tinggi untuk menamatkan operasi bateri sebelum keputusan bencana berlaku (Rajah 3H).Contoh yang pertama termasuk xilena, sikloheksilbenzena, dan bifenil, manakala contoh yang terakhir termasuk bifenil dan sebatian aromatik tersubstitusi lain (Rajah 3I).Kesan negatif aditif penutupan masih merupakan operasi jangka panjang dan prestasi penyimpanan LIB kerana pengoksidaan tak boleh balik sebatian ini.
Untuk menyelesaikan masalah di peringkat 2 (pengumpulan haba dan proses pelepasan gas)
Bahan katod yang boleh dipercayai.Oksida logam peralihan litium, seperti oksida berlapis LiCoO2, LiNiO2, dan LiMnO2;oksida jenis spinel LiM2O4;dan jenis polianion LiFePO4, adalah bahan katod yang digunakan secara popular, yang, bagaimanapun, mempunyai isu keselamatan terutamanya pada suhu tinggi.Antaranya, LiFePO4 berstruktur olivin adalah agak selamat, yang stabil sehingga 400°C, manakala LiCoO2 mula terurai pada 250°C.Sebab keselamatan LiFePO4 yang dipertingkatkan ialah semua ion oksigen membentuk ikatan kovalen yang kuat dengan P5+ untuk membentuk polianion tetrahedral PO43−, yang menstabilkan keseluruhan rangka kerja tiga dimensi dan memberikan kestabilan yang lebih baik berbanding dengan bahan katod lain, walaupun masih terdapat telah dilaporkan beberapa kemalangan kebakaran bateri.Kebimbangan keselamatan utama timbul daripada penguraian bahan katod ini pada suhu tinggi dan pelepasan oksigen serentak, yang bersama-sama boleh menyebabkan pembakaran dan letupan, menjejaskan keselamatan bateri secara serius.Sebagai contoh, struktur hablur oksida berlapis LiNiO2 tidak stabil kerana kewujudan Ni2+, saiz ioniknya serupa dengan Li+.Li yang terkial-kialxNiO2 (x< 1) cenderung untuk menukar kepada fasa jenis spinel yang lebih stabil LiNi2O4 (spinel) dan NiO jenis garam batu, dengan oksigen dibebaskan ke dalam elektrolit cecair pada sekitar 200°C, yang membawa kepada pembakaran elektrolit.
Usaha yang besar telah dibuat untuk meningkatkan kestabilan terma bahan katod ini dengan doping atom dan salutan pelindung permukaan.
Doping atom boleh meningkatkan kestabilan terma bahan oksida berlapis dengan ketara disebabkan oleh struktur kristal stabil yang terhasil.Kestabilan haba LiNiO2 atau Li1.05Mn1.95O4 boleh dipertingkatkan dengan ketara melalui penggantian separa Ni atau Mn dengan kation logam lain, seperti Co, Mn, Mg, dan Al .Untuk LiCoO2, pengenalan unsur doping dan pengaloian seperti Ni dan Mn secara drastik boleh meningkatkan suhu permulaan penguraian.Tdec, sambil mengelakkan tindak balas dengan elektrolit pada suhu tinggi.Walau bagaimanapun, peningkatan dalam kestabilan terma katod secara umum datang dengan pengorbanan dalam kapasiti khusus.Untuk menyelesaikan masalah ini, bahan katod kecerunan kepekatan untuk bateri litium boleh dicas semula berdasarkan litium nikel kobalt mangan oksida berlapis telah dibangunkan (Rajah 4A).Dalam bahan ini, setiap zarah mempunyai pukal pusat yang kaya dengan Ni dan lapisan luar yang kaya dengan Mn, dengan penurunan kepekatan Ni dan peningkatan kepekatan Mn dan Co apabila permukaan didekati (Rajah 4B).Yang pertama menyediakan kapasiti tinggi, manakala yang kedua meningkatkan kestabilan terma.Bahan katod baru ini ditunjukkan untuk meningkatkan keselamatan bateri tanpa menjejaskan prestasi elektrokimianya (Rajah 4C).
Rajah 4 Strategi untuk menyelesaikan isu di peringkat 2: Katod yang boleh dipercayai.
(A) Gambarajah skematik zarah elektrod positif dengan teras kaya Ni yang dikelilingi oleh lapisan luar kecerunan kepekatan.Setiap zarah mempunyai pukal pusat kaya Ni Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2 dan lapisan luar kaya Mn [Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2] dengan kepekatan Ni yang berkurangan dan peningkatan kepekatan Mn dan Co apabila permukaan didekati.Yang pertama menyediakan kapasiti tinggi, manakala yang kedua meningkatkan kestabilan terma.Komposisi purata ialah Li(Ni0.68Co0.18Mn0.18)O2.Mikrograf elektron pengimbasan bagi zarah biasa juga ditunjukkan di sebelah kanan.(B) Keputusan mikroanalisis sinar-x kuar elektron bagi oksida litia akhir Li(Ni0.64Co0.18Mn0.18)O2.Perubahan kepekatan beransur-ansur Ni, Mn, dan Co dalam interlayer adalah jelas.Kepekatan Ni berkurangan, dan kepekatan Co dan Mn meningkat ke arah permukaan.(C) Surih kalorimetri pengimbasan pembezaan (DSC) menunjukkan aliran haba daripada tindak balas elektrolit dengan bahan kecerunan kepekatan Li(Ni0.64Co0.18Mn0.18)O2, bahan pusat yang kaya dengan Ni Li(Ni0.8Co0.1Mn0. 1)O2, dan lapisan luar yang kaya dengan Mn [Li(Ni0.46Co0.23Mn0.31)O2].Bahan-bahan tersebut telah dicaj kepada 4.3 V. (A), (B), dan (C) diterbitkan semula dengan kebenaran daripada Springer Nature.(D) Kiri: Imej medan terang mikroskop elektron penghantaran (TEM) bagi LiCoO2 bersalut nanopartikel AlPO4;spektrometri sinar-x penyebaran tenaga mengesahkan komponen Al dan P dalam lapisan salutan.Kanan: Imej TEM resolusi tinggi menunjukkan nanozarah AlPO4 (~ 3 nm diameter) dalam lapisan salutan skala nano;anak panah menunjukkan antara muka antara lapisan AlPO4 dan LiCoO2.(E) Kiri: Gambar sel yang mengandungi katod LiCoO2 kosong selepas ujian cas berlebihan 12-V.Sel itu terbakar dan meletup pada voltan itu.Kanan: Gambar sel yang mengandungi LiCoO2 bersalut nanopartikel AlPO4 selepas ujian cas berlebihan 12-V.(D) dan (E) diterbitkan semula dengan kebenaran daripada John Wiley and Sons.
Satu lagi strategi untuk meningkatkan kestabilan terma ialah menyalut bahan katod dengan lapisan nipis pelindung sebatian pengalir Li+ yang stabil secara haba, yang boleh menghalang sentuhan terus bahan katod dengan elektrolit dan dengan itu mengurangkan tindak balas sampingan dan penjanaan haba.Salutan boleh sama ada filem tak organik [contohnya, ZnO , Al2O3, AlPO4 , AlF3 , dsb.], yang boleh mengalirkan ion Li selepas dilitiasi (Rajah 4, D dan E), atau filem organik, seperti poli(diallyldimethylammonium chloride), filem pelindung yang dibentuk oleh aditif γ-butyrolactone, dan aditif berbilang komponen (terdiri daripada vinilena karbonat, 1,3-propilena sulfit, dan dimethylacetamide) .
Memperkenalkan salutan dengan pekali suhu positif juga berkesan untuk meningkatkan keselamatan katod.Sebagai contoh, katod LiCoO2 bersalut poli(3-decylthiophene) boleh menutup tindak balas elektrokimia dan tindak balas sampingan sebaik sahaja suhu meningkat sehingga >80°C, kerana lapisan polimer konduktif boleh berubah dengan cepat kepada keadaan rintangan tinggi .Salutan oligomer yang ditamatkan sendiri dengan seni bina bercabang hiper juga boleh berfungsi sebagai lapisan penyekat responsif terma untuk menutup bateri dari bahagian katod .
Pengumpul arus boleh tukar terma.Penutupan tindak balas elektrokimia semasa peningkatan suhu bateri pada peringkat 2 dengan cekap boleh menghalang suhu daripada meningkat lagi.Pensuisan polimer termoresponsif cepat dan boleh balik (TRPS) telah dimasukkan secara dalaman ke dalam pengumpul semasa (Rajah 5A).Filem nipis TRPS terdiri daripada zarah nikel (GrNi) berstruktur berduri bersalut graphene konduktif sebagai pengisi konduktif dan matriks PE dengan pekali pengembangan haba yang besar (α ~ 10−4 K−1).Filem komposit polimer as-fabrikasi menunjukkan kekonduksian tinggi (σ) pada suhu bilik, tetapi apabila suhu menghampiri suhu pensuisan (Ts), kekonduksian berkurangan dalam masa 1 s sebanyak tujuh hingga lapan susunan magnitud akibat pengembangan isipadu polimer, yang memisahkan zarah konduktif dan memecahkan laluan konduktif (Rajah 5B).Filem serta-merta menjadi penebat dan dengan itu menamatkan operasi bateri (Rajah 5C).Proses ini sangat boleh diterbalikkan dan boleh berfungsi walaupun selepas beberapa peristiwa terlalu panas tanpa menjejaskan prestasi.
Rajah 5 Strategi untuk menyelesaikan isu di peringkat 2.
(A) Ilustrasi skematik mekanisme pensuisan haba pengumpul arus TRPS.Bateri selamat mempunyai satu atau dua pengumpul arus yang disalut dengan lapisan TRPS nipis.Ia beroperasi secara normal pada suhu bilik.Walau bagaimanapun, dalam kes suhu tinggi atau arus besar, matriks polimer mengembang, dengan itu memisahkan zarah konduktif, yang boleh mengurangkan kekonduksiannya, meningkatkan rintangannya dan mematikan bateri.Oleh itu, struktur bateri boleh dilindungi tanpa kerosakan.Semasa penyejukan, polimer mengecut dan mendapatkan semula laluan konduktif asal.(B) Perubahan kerintangan filem TRPS yang berbeza sebagai fungsi suhu, termasuk PE/GrNi dengan bebanan GrNi berbeza dan PP/GrNi dengan pemuatan 30% (v/v) GrNi.(C) Ringkasan kapasiti kitaran bateri LiCoO2 selamat antara 25°C dan penutupan.Kapasiti hampir sifar pada 70°C menunjukkan penutupan penuh.(A), (B) dan (C) diterbitkan semula dengan kebenaran daripada Springer Nature.(D) Perwakilan skematik konsep penutupan berasaskan mikrosfera untuk LIB.Elektrod difungsikan dengan mikrosfera termoresponsif yang, di atas suhu bateri dalaman yang kritikal, mengalami peralihan terma (cair).Kapsul cair melapisi permukaan elektrod, membentuk penghalang penebat ion dan menutup sel bateri.(E) Membran komposit tak organik yang nipis dan berdiri sendiri yang terdiri daripada 94% zarah alumina dan 6% pengikat getah stirena-butadiena (SBR) telah disediakan dengan kaedah tuangan larutan.Kanan: Gambar yang menunjukkan kestabilan terma pemisah komposit tak organik dan pemisah PE.Pemisah disimpan pada suhu 130°C selama 40 minit.PE mengecut dengan ketara daripada kawasan dengan segi empat sama bertitik.Walau bagaimanapun, pemisah komposit tidak menunjukkan pengecutan yang jelas.Dihasilkan semula dengan kebenaran daripada Elsevier.(F) Struktur molekul beberapa polimer suhu lebur tinggi sebagai bahan pemisah dengan pengecutan suhu tinggi yang rendah.Atas: polimida (PI).Tengah: selulosa.Bawah: poli(butilena) tereftalat.(G) Kiri: Perbandingan spektrum DSC PI dengan pemisah PE dan PP;pemisah PI menunjukkan kestabilan haba yang sangat baik pada julat suhu dari 30° hingga 275°C.Kanan: Foto kamera digital yang membandingkan kebolehbasahan pemisah komersial dan pemisah PI as-sintesis dengan elektrolit propilena karbonat.Dihasilkan semula dengan kebenaran daripada American Chemical Society.
Pemisah penutupan haba.Satu lagi strategi untuk mengelakkan bateri daripada lari terma semasa peringkat 2 ialah menutup laluan pengaliran ion Li melalui pemisah.Pemisah ialah komponen utama untuk keselamatan LIB, kerana ia menghalang sentuhan elektrik terus antara bahan katod dan anod bertenaga tinggi sambil membenarkan pengangkutan ionik.PP dan PE adalah bahan yang paling biasa digunakan, tetapi mereka mempunyai kestabilan haba yang lemah, dengan takat lebur masing-masing ~165° dan ~135°C.Untuk LIB komersial, pemisah dengan struktur tiga lapis PP/PE/PP telah pun dikomersialkan, dengan PE ialah lapisan tengah pelindung.Apabila suhu dalaman bateri meningkat melebihi suhu kritikal (~130°C), lapisan PE berliang sebahagiannya cair, menutup liang filem dan menghalang penghijrahan ion dalam elektrolit cecair, manakala lapisan PP menyediakan sokongan mekanikal untuk mengelakkan dalaman shorting .Secara bergantian, penutupan LIB akibat terma juga boleh dicapai dengan menggunakan PE termoresponsif atau mikrosfera lilin parafin sebagai lapisan pelindung anod atau pemisah bateri .Apabila suhu bateri dalaman mencapai nilai kritikal, mikrosfera mencair dan menyaluti anod/pemisah dengan penghalang tidak telap, menghentikan pengangkutan Li-ion dan menutup sel secara kekal (Rajah 5D).
Pemisah dengan kestabilan haba yang tinggi.Untuk meningkatkan kestabilan haba pemisah bateri, dua pendekatan telah dibangunkan dalam beberapa tahun yang lalu:
(1) Pemisah yang dipertingkatkan seramik, dibuat sama ada dengan salutan langsung atau pertumbuhan pada permukaan lapisan seramik seperti SiO2 dan Al2O3 pada permukaan pemisah poliolefin sedia ada atau dengan mempunyai serbuk seramik yang tertanam dalam bahan polimer (Rajah 5E), menunjukkan takat lebur yang sangat tinggi dan kekuatan mekanikal yang tinggi dan juga mempunyai kekonduksian haba yang agak tinggi.Beberapa pemisah komposit yang direka melalui strategi ini telah dikomersialkan, seperti Separion (nama dagangan).
(2) Menukar bahan pemisah daripada poliolefin kepada polimer suhu lebur tinggi dengan pengecutan rendah apabila dipanaskan, seperti polimida, selulosa, poli(butilena) tereftalat, dan poli(ester) analog yang lain, merupakan satu lagi strategi yang berkesan untuk meningkatkan kestabilan terma daripada pemisah (Rajah 5F).Sebagai contoh, polimida ialah polimer termoset yang dianggap secara meluas sebagai alternatif yang menjanjikan kerana kestabilan haba yang sangat baik (stabil melebihi 400°C), rintangan kimia yang baik, kekuatan tegangan tinggi, kebolehbasahan elektrolit yang baik, dan kalis nyalaan (Rajah 5G).
Pakej bateri dengan fungsi penyejukan.Sistem pengurusan terma skala peranti yang didayakan oleh peredaran udara atau penyejukan cecair telah digunakan untuk meningkatkan prestasi bateri dan memperlahankan peningkatan suhu.Di samping itu, bahan perubahan fasa seperti lilin parafin telah disepadukan ke dalam pek bateri untuk bertindak sebagai penyerap haba untuk mengawal suhunya, oleh itu mengelakkan penyalahgunaan suhu.
Untuk menyelesaikan masalah di peringkat 3 (pembakaran dan letupan)
Haba, oksigen dan bahan api, yang dikenali sebagai "segitiga api," adalah bahan yang diperlukan untuk kebanyakan kebakaran.Dengan pengumpulan haba dan oksigen yang dijana semasa peringkat 1 dan 2, bahan api (iaitu, elektrolit sangat mudah terbakar) akan mula terbakar secara automatik.Mengurangkan kemudahbakaran pelarut elektrolit adalah penting untuk keselamatan bateri dan aplikasi LIB berskala besar lagi.
Bahan tambahan kalis api.Usaha penyelidikan yang hebat telah ditumpukan kepada pembangunan bahan tambahan kalis api untuk mengurangkan kemudahbakaran elektrolit cecair.Kebanyakan bahan tambahan kalis api yang digunakan dalam elektrolit cecair adalah berasaskan sebatian fosforus organik atau sebatian halogen organik.Memandangkan halogen berbahaya kepada alam sekitar dan kesihatan manusia, sebatian fosforus organik adalah calon yang lebih menjanjikan sebagai bahan tambahan kalis api kerana keupayaan kalis api yang tinggi dan mesra alam sekitar.Sebatian fosforus organik biasa termasuk trimetil fosfat, trifenil fosfat, bis(2-methoxyethoxy)methylallylphosphonate, tris(2,2,2-trifluoroethyl) fosfit, (ethoxy)pentafluorocyclotriphosphazene, etilena etil fosfat, dsb. (Rajah 6A).Mekanisme untuk kesan terencat nyalaan sebatian yang mengandungi fosforus ini secara amnya dipercayai sebagai proses penghapusan radikal kimia.Semasa pembakaran, molekul yang mengandungi fosforus boleh terurai kepada spesies radikal bebas yang mengandungi fosforus, yang kemudiannya boleh menamatkan radikal (contohnya, radikal H dan OH) yang dijana semasa perambatan tindak balas berantai yang bertanggungjawab untuk pembakaran berterusan (Rajah 6, B dan C).Malangnya, pengurangan kemudahbakaran dengan penambahan kalis api yang mengandungi fosforus ini datang dengan mengorbankan prestasi elektrokimia.Untuk menambah baik pertukaran ini, penyelidik lain telah membuat beberapa pengubahsuaian kepada struktur molekul mereka: (i) fluorinasi separa alkil fosfat boleh meningkatkan kestabilan reduktifnya dan keberkesanan kalis nyalaan;(ii) penggunaan sebatian yang mempunyai kedua-dua sifat pelindung membentuk filem dan menghalang api, seperti bis(2-methoxyethoxy)methylallylphosphonate, di mana kumpulan allylic boleh mempolimerkan dan membentuk filem SEI yang stabil pada permukaan grafit, dengan itu berkesan menghalang bahagian berbahaya tindak balas;(iii) perubahan P(V) fosfat kepada P(III) fosfit, yang memudahkan pembentukan SEI dan mampu menyahaktifkan PF5 yang berbahaya [contohnya, tris(2,2,2-trifluoroethyl) fosfit];dan (iv) menggantikan bahan tambahan organophosphorus dengan fosfazena kitaran, terutamanya siklofosfazena terfluorinasi, yang telah meningkatkan keserasian elektrokimia .
Rajah 6 Strategi untuk menyelesaikan isu di peringkat 3.
(A) Struktur molekul biasa bahan tambahan kalis api.(B) Mekanisme untuk kesan keterlambatan nyalaan sebatian yang mengandungi fosforus ini secara amnya dipercayai sebagai proses penghapusan radikal kimia, yang boleh menamatkan tindak balas rantai radikal yang bertanggungjawab terhadap tindak balas pembakaran dalam fasa gas.TPP, trifenil fosfat.(C) Masa pemadaman sendiri (SET) elektrolit karbonat biasa boleh dikurangkan dengan ketara dengan penambahan trifenil fosfat.(D) Skema pemisah electrospun "pintar" dengan ciri kalis api tercetus haba untuk LIB.Pemisah berdiri bebas terdiri daripada gentian mikro dengan struktur cangkang teras, di mana kalis api adalah teras dan polimer adalah cangkerang.Apabila pencetus haba, cangkerang polimer cair dan kemudian kalis api terkapsul dilepaskan ke dalam elektrolit, dengan itu berkesan menekan pencucuhan dan pembakaran elektrolit.(E) Imej SEM bagi gentian mikro TPP@PVDF-HFP selepas etsa jelas menunjukkan struktur kulit terasnya.Bar skala, 5 μm.(F) Struktur molekul biasa cecair ionik suhu bilik yang digunakan sebagai elektrolit tidak mudah terbakar untuk LIB.(G) Struktur molekul PFPE, analog PEO perfluorina tidak mudah terbakar.Dua kumpulan metil karbonat diubah suai pada terminal rantai polimer untuk memastikan keserasian molekul dengan sistem bateri semasa.
Perlu diingat bahawa sentiasa ada pertukaran antara kebolehbakaran berkurangan elektrolit dan prestasi sel untuk bahan tambahan yang disenaraikan, walaupun kompromi ini telah diperbaiki melalui reka bentuk molekul di atas.Satu lagi strategi yang dicadangkan untuk menyelesaikan masalah ini melibatkan memasukkan kalis api di dalam cangkerang polimer pelindung mikrofiber, yang selanjutnya disusun untuk membentuk pemisah bukan tenunan (Rajah 6D).Pemisah mikrofiber bukan tenunan electrospun novel dengan ciri kalis api tercetus haba telah direka untuk LIB.Enkapsulasi kalis api di dalam cangkerang polimer pelindung menghalang pendedahan langsung kalis api kepada elektrolit, menghalang kesan negatif daripada kalis api pada prestasi elektrokimia bateri (Rajah 6E).Walau bagaimanapun, jika pelarian haba bateri LIB berlaku, cangkang poli(vinylidenefluoride-hexafluoro propylene) kopolimer (PVDF-HFP) akan cair apabila suhu meningkat.Kemudian kalis api triphenyl fosfat terkapsul akan dilepaskan ke dalam elektrolit, dengan itu berkesan menekan pembakaran elektrolit yang sangat mudah terbakar.
Konsep "elektrolit pekat garam" juga dibangunkan untuk menyelesaikan dilema ini.Elektrolit organik pemadam api untuk bateri boleh dicas semula ini mengandungi LiN(SO2F)2 sebagai garam dan kalis api popular trimetil fosfat (TMP) sebagai pelarut tunggal.Pembentukan spontan SEI tak organik terbitan garam yang teguh pada anod adalah penting untuk prestasi elektrokimia yang stabil.Strategi baru ini boleh diperluaskan kepada pelbagai kalis api lain dan boleh membuka jalan baharu untuk membangunkan pelarut kalis api baharu untuk LIB yang lebih selamat.
Elektrolit cecair tidak mudah terbakar.Penyelesaian muktamad kepada isu keselamatan elektrolit adalah dengan membangunkan elektrolit tidak mudah terbakar secara intrinsik.Satu kumpulan elektrolit tidak mudah terbakar yang telah dikaji secara meluas ialah cecair ionik, terutamanya cecair ionik suhu bilik, yang tidak meruap (tiada tekanan wap yang dapat dikesan di bawah 200°C) dan tidak mudah terbakar serta mempunyai tingkap suhu yang luas (Rajah 6F).Walau bagaimanapun, penyelidikan berterusan masih diperlukan untuk menyelesaikan isu keupayaan kadar rendah yang timbul daripada kelikatannya yang tinggi, nombor pemindahan Li yang rendah, ketidakstabilan katodik atau reduktif, dan kos cecair ionik yang tinggi.
Hidrofluoroeter berat molekul rendah ialah satu lagi kelas elektrolit cecair tidak mudah terbakar kerana takat kilatnya yang tinggi atau tiada, tidak mudah terbakar, tegangan permukaan yang rendah, kelikatan rendah, suhu beku yang rendah, dsb.Reka bentuk molekul yang betul harus dibuat untuk menyesuaikan sifat kimianya untuk memenuhi kriteria elektrolit bateri.Contoh menarik yang telah dilaporkan baru-baru ini ialah perfluoropolieter (PFPE), analog polietilena oksida (PEO) perfluorinated yang terkenal kerana tidak mudah terbakar (Rajah 6G).Dua kumpulan metil karbonat diubah suai pada kumpulan terminal rantai PFPE (PFPE-DMC) untuk memastikan keserasian molekul dengan sistem bateri semasa.Oleh itu, kebolehbakaran dan kestabilan haba PFPE boleh meningkatkan keselamatan LIB dengan ketara sambil meningkatkan nombor pemindahan elektrolit disebabkan oleh reka bentuk struktur molekul yang unik.
Peringkat 3 adalah peringkat terakhir tetapi sangat penting untuk proses pelarian haba.Perlu diingat bahawa walaupun usaha besar telah ditumpukan untuk mengurangkan kemudahbakaran elektrolit cecair tercanggih, penggunaan elektrolit keadaan pepejal yang tidak meruap menunjukkan janji yang besar.Elektrolit pepejal terutamanya terbahagi kepada dua kategori: elektrolit seramik bukan organik [sulfida, oksida, nitrida, fosfat, dll.] dan elektrolit polimer pepejal [campuran garam Li dengan polimer, seperti poli(etilena oksida), poliakrilonitril, dll.] .Usaha untuk menambah baik elektrolit pepejal tidak akan diperincikan di sini, kerana topik ini telah diringkaskan dengan baik dalam beberapa ulasan baru-baru ini.
PANDANGAN
Pada masa lalu, banyak bahan baru telah dibangunkan untuk meningkatkan keselamatan bateri, walaupun masalahnya masih belum diselesaikan sepenuhnya.Di samping itu, mekanisme yang mendasari isu keselamatan berbeza-beza untuk setiap kimia bateri yang berbeza.Oleh itu, bahan khusus yang disesuaikan untuk bateri yang berbeza harus direka bentuk.Kami percaya bahawa kaedah yang lebih cekap dan bahan yang direka dengan baik masih perlu ditemui.Di sini, kami menyenaraikan beberapa kemungkinan arah untuk penyelidikan keselamatan bateri masa hadapan.
Pertama, adalah penting untuk membangunkan kaedah in situ atau in operando untuk mengesan dan memantau keadaan kesihatan dalaman LIB.Sebagai contoh, proses pelarian haba berkait rapat dengan suhu dalaman atau peningkatan tekanan dalam LIB.Walau bagaimanapun, pengagihan suhu di dalam bateri agak rumit, dan kaedah diperlukan untuk memantau dengan tepat nilai untuk elektrolit dan elektrod, serta pemisah.Oleh itu, keupayaan untuk mengukur parameter ini untuk komponen yang berbeza adalah penting untuk mendiagnosis dan dengan itu menghalang bahaya keselamatan bateri.
Kestabilan haba pemisah adalah penting untuk keselamatan bateri.Polimer yang baru dibangunkan dengan takat lebur yang tinggi berkesan untuk meningkatkan integriti haba pemisah.Walau bagaimanapun, sifat mekanikalnya masih rendah, sangat mengurangkan kebolehprosesannya semasa pemasangan bateri.Selain itu, harga juga merupakan faktor penting yang harus dipertimbangkan untuk aplikasi praktikal.
Pembangunan elektrolit pepejal nampaknya merupakan penyelesaian muktamad untuk isu keselamatan LIB.Elektrolit pepejal akan mengurangkan kemungkinan pintasan dalaman bateri, bersama-sama dengan risiko kebakaran dan letupan.Walaupun usaha besar telah ditumpukan kepada kemajuan elektrolit pepejal, prestasi mereka terus ketinggalan jauh daripada elektrolit cecair.Komposit elektrolit tak organik dan polimer menunjukkan potensi yang besar, tetapi ia memerlukan reka bentuk dan penyediaan yang halus.Kami menekankan bahawa reka bentuk yang betul bagi antara muka bukan organik-polimer dan kejuruteraan penjajarannya adalah penting untuk pengangkutan Li-ion yang cekap.
Perlu diingatkan bahawa elektrolit cecair bukanlah satu-satunya komponen bateri yang mudah terbakar.Contohnya, apabila LIB dicas tinggi, bahan anod berlitia yang mudah terbakar (contohnya, grafit berlitia) juga merupakan kebimbangan keselamatan yang besar.Kalis api yang boleh melambatkan kebakaran bahan keadaan pepejal dengan cekap sangat diperlukan untuk meningkatkan keselamatannya.Retardan api boleh dicampur dengan grafit dalam bentuk pengikat polimer atau rangka kerja pengalir.
Keselamatan bateri adalah masalah yang agak kompleks dan canggih.Masa depan keselamatan bateri memerlukan lebih banyak usaha dalam kajian mekanistik asas untuk pemahaman yang lebih mendalam di samping kaedah pencirian yang lebih maju, yang boleh menawarkan maklumat lanjut untuk membimbing reka bentuk bahan.Walaupun Kajian semula ini memfokuskan pada keselamatan peringkat bahan, perlu diingatkan bahawa pendekatan holistik selanjutnya diperlukan untuk menyelesaikan isu keselamatan LIB, di mana bahan, komponen sel dan format serta modul dan pek bateri memainkan peranan yang sama untuk menjadikan bateri boleh dipercayai sebelum ini. mereka dilepaskan ke pasaran.
RUJUKAN DAN CATATAN
Kai Liu, Yayuan Liu, DingchangLin, Allen Pei, Yi Cui, Bahan untuk keselamatan bateri lithium-ion, ScienceAdvances, DOI:10.1126/sciadv.aas9820
Masa siaran: Jun-05-2021
