Abstract
Lithium-ion batteries (LIBs) censentur unum e technologiae energiae repositionis maximi momenti.Cum vis densitatis batteries augetur, pugna salus magis etiam critica fit, si energia per ignorantiam soluta est.Accidentia ad ignes et explosiones LIBs saepe terrarum pertinentium occurrunt.Quidam minas graves ad vitam et salutem hominum attulerunt et ad numerosos fructus revocandos artifices perduxerunt.Haec argumenta sunt commonitiones quod salus gravidarum necessaria est, et quaestiones graves ante solvendas necessitates debent ante futuram applicationem rationum altae energiae altilium.Haec Recensio intendit summatim fundamentales origines LIB salutis quaestiones et recentes praecipuos praecipuos progressus in materiarum consilio ad salutem LIB meliorem emendare.Praestolamur hanc Recensionem ulteriorem emendationem in pugna salutis inspiraturam, praesertim ad Libs emergentes cum summa energia densitatis.
ORIGINES SALUS LIB
Liquidus organicus intra LIBs electrolytici intrinsecus fomes est.Una ex maximis defectibus calamitosarum systematis LIB est eventus casus scelerisque fugitivi, quae praecipua causa salutis de pugna altilium consideratur.In genere, scelerisque fugitivus fit cum reactionem exothermicam e potestate exit.Cum temperatura pilae supra ~80°C ascendit, motus chemicus exothermicus intra batteries crescit et cellam amplius calefacit, inde in cyclo positivi feedback.Temperatura continue surgentia in incendiis et explosionibus, praesertim in magnis sarcinarum altilium.Intellegere igitur causas et processus scelerisque fugitivi consilium deducere potest materiarum functionis ad meliorem salutem ac fidem LIBs.Processus scelerisque fugitivus in tres gradus dividi potest, in summaFig.
Fig. 1 Tres gradus processus scelerisque fugitivi.
Scaena I: Impetus overheating.Pugnae ab normali in abnormalem statum mutant, et temperatura interna crescere incipit.Scaena II: Calor cumulus et gas emissio processus.Temperatura interna cito oritur, et pugna motus externos patitur.Scaena III: Combustio et explosio.Combustiones electrolyticae flammabiles, ducens ad ignes et etiam explosiones.
Impetus overheating (scaena I)
Scelerisque fugitivus incipit ab aestuatione systematis altilium.Overheating initial accidere potest ut ex pilae quae accusatur ultra intentionem designatam (improbationem), excessus temperaturas excessus, circuitus breves externos propter vitiosos wiring, vel breves circuitus internus propter vitia cellularum.Inter eos, abbreviatio interna praedominans est ratio scelerisque fugitivi et relative difficile ad imperium est.Internum abbreviatio accidere potest in adiunctis cellae machinam ut obstantia metalli externa penetrationem;vehiculum collisio;lithium dendritarum formatio sub alta currenti densitate incursans, sub conditionibus oneratis vel temperaturis humilis;et separatores vitiosi in pugna conventus creati sunt, ut paucos nominaret.Exempli gratia, ineunte Octobri 2013, currus Tesla prope Seattle ictus metalli obrutus est, qui scutum et sarcinam pugnae confodit.Strages separatores polymerorum penetraverunt et cathode et anode directe coniunxerunt, causantes pilam ad breve spatium et ignem comprehendere;anno 2016, Samsung Nota 7 ignes pugnae ob ultrathin separatorem infensi ob pressionem extra pressionem aut lappas in electrode positivo facile laedi, pilam ad breve spatium causantem.
In scaena 1, pugnae operatio ex statu normali in abnormalem mutat, et omnes quaestiones supra recensitae pilam overheat facient.Cum temperatura interna crescere incipit, scaena 1 desinit et scaena 2 incipit.
Æstus cumulus et gas remissionis processum (scaena II)
Cum scaena 2 incipit, temperatura interna cito oritur et pugnae motus sequentes patitur (hae motus in certo ordine non occurrunt; nonnullae simul fieri possunt);
(1) Interphase solidae electrolyticae (SEI) compositione ob overheating vel corporis penetrationem .Stratum SEI maxime constat stabilibus (ut LiF et Li2CO3) et mestabilibus [ut polymerorum, ROCO2Li, (CH2OCO2Li)2, et ROLi] componentibus.Nihilominus, metastabiles componentes exothermice in duriter >90°C corrumpi possunt, flammabiles vapores et oxygenium solvens.Exemplum sume (CH2OCO2Li) 2
(CH2OCO2Li)2 →Li2CO3+C2H4+CO2+0.5O2
(2) Cum compositione SEI, temperatura aedificat, et lithium metalli vel lithium intercalatum in anoode cum solvendo organico in electrolyto aget, vapores flammabiles hydrocarbon (ethane, methani et alii) solvens.Haec reactionem exothermicam est quae temperiem ulteriorem expellit.
(3) QuandoT> ~130°C, polyethylenae (PE)/polypropylenae (PP) separator liquescere incipit, quae adhuc situm deteriorem facit et brevem ambitum inter cathodem et anodem facit.
(4) Tandem calor facit compositionem materiae cathodae oxydi metalli lithii et eventus in oxygenii emissione .Exemplum sume LiCoO2, quod incipiendo ab ~180°C corrumpi potest ut sequitur
Naufragii cathodae etiam valde exothermica est, magis temperatura et pressionis augens et, consequenter, motus ulteriores accelerans.
Per scaenam 2, temperatura crescit et dolor intus gravida accumulat.Processus scelerisque fugitivus e scaena 2 ad scaenam 3 procedit quam primum satis oxygeni et caloris ad combustionem pugnae congestae sunt.
Combustio et explosio (scaena III)
In III scaena incipit combustio.Electrolyti LIBs organici sunt, fere universales compositiones carbonas cyclici et lineares alkyl.Magnam LEVITAS habent et intrinsece valde fomes sunt.Sumens vulgo carbonas electrolytici usus [mixtura carbonas ethyleni (EC) + carbonas dimethyl (DMC) (1:1 per pondus)] in exemplum, ostendit vaporem pressuram 4,8 kPa ad locus temperatus et punctum mico valde demisso. of 25° ± 1°C in aere pressionis 1.013 taleae.Dimissi oxygeni et caloris in scaena 2 condiciones requisitas praebent ad combustionem electrolytici organici flammabiles, inde casus ignis vel explosionis causantes.
In gradibus 2 et 3, motus exothermici fiunt sub condicionibus prope-adiabaticis.Ita, rate accelerata calorimetry (ARC) ars late adhibita est quae ambitum intra LIBs simulat, quod intellectus noster faciliorem reddit motus scelerisque fugitivi reactionis.Figura 2ostendit typicam ARC curvam LIB expositam in probationibus scelerisque abusus.Temperatura simulans auget in scaena 2, fontem externum caloris auget pugnae temperatura ad impetum tortor.Supra hanc temperiem, SEI dissoluit, quae motus chemicae exothermicae magis trigger.Tandem separator tabescet.Rate calefactio sui postea crescet, ducens ad fugitivum scelerisque (cum rate auto-calefactio est >10°C/min) et combustio electrolytici (scaena 3).
Anode mesocarbon microbeadum graphite est.Cathode est LiNi0.8Co0.05Al0.05O2.Electrolytus 1.2 M LiPF6 in EC/PC/DMC.A Celgard 2325 trilayer separator usus est.Adapted with permission from the electrochemical Society Inc.
Notandum est quod motus supradictos non stricte succedunt uno post alio in ordine dato.Sunt potius quaestiones complexae et systematicae.
MATERIALS CONRECTUS PUGNA SALUS
Substructio ad intelligentiam pugnae scelerisque fugitivorum, multi aditus student, eo fine reducendi pericula salutis per rationem pugnae partium.In sequentibus sectionibus componimus diversas materias aditus ad salutem pugna emendandam, solvendo problemata diversis gradibus scelerisque fugitivis respondentes.
Ad solvendas difficultates in scaena I (excursus overheating)
Certae materiae anode.Li dendritae formatio in anode LIB primum scelerisque fugitivi scaenam inchoat.Quamquam haec quaestio alleviata est in anodes LIBs mercatorum (exempli gratia anodes carbonaceorum), formatio Li dendrita omnino inhibita non est.Exempli gratia, in LIBS commercialibus, depositio dendritae praeveniens in marginibus electrodis graphite occurrit, si anodes et cathodes non bene parantur.Praeterea impropriae operationis condiciones LIBs etiam consequuntur in depositione metalli Li cum incremento dendrite.Notum est dendrites facile formari posse si altilium oneratur (i) ad densitates venas altas, ubi depositio metalli Li velocior est quam diffusio Li ionum in graphite mole;(ii) conditiones premente cum graphite superlithitur;et ad temperaturas humiles [exempli gratia subambiente (~0°C)] ob auctam viscositatem liquoris electrolytici et resistentiae Li-ion auctae.
Ex parte materiae proprietatum, radix originis incrementum Li dendritarum in anode determinans instabile est et nonuniforme SEI, quod inaequalis est locus currentis distributionis.Electrolytae partes, praesertim additivae, exploratae sunt ad meliorem SEI uniformitatem et formationem Li dendritam eliminandam.Additiva typica includunt compositiones inorganicas [exempli gratia CO2, LiI, etc.] et composita organica cum vinculis carbonis nonsaturatis continentibus, ut carbonas vinylenae et additivae maleimidae;instabiles moleculae cyclicae ut butyrolactone, sulfite ethylene, earumque derivatis;et componit fluorinata ut carbonas fluoroethylene, inter cetera.Etiam ad partes per-million gradus, hae moleculae adhuc SEI morphologiam emendare possunt, ita fluxum Li-ion homogenizing et facultatem formationis Li dendritae removere.
Super, provocationes Li dendritae adhuc adsunt in anodes graphite vel carbonaceos et silicon/SiO anodes generationis proximae continentes.Solvendo quaestionem incrementi Li dendrite provocatio est, quae critica est ad adaptationem summus energiae densitatis Li-ion chemiae in proximo futuro.Animadvertendum est, nuper, magnum studium ad solvendum eventum Li dendrite formationis in puro Li metallo anodes per homogenizing fluxum Li-ion per depositionem Li;exempli gratia, stratum protegens efficiens, machinalis SEI artificialis, etc. Hac in re, nonnullae methodi illustrare possunt quomodo quaestionem de anodes carbonaceis in LIBs quoque aggredi possent.
Multifunctional liquor electrolytici et separatores.Liquor electrolytici et separatoris partes clavium ludunt in natura summus industria cathode et anode separat.Sic bene designati multifunctionales electrolythi et separatores signanter tueri possunt gravida in praematuro altilium scelerisque fugitivi (scaena 1).
Ad gravidas a contritione mechanica tuendis, tonsura liquoris electrolytici incrassantium obtenta est a simplici additamento silicae fumatae ad carbonas electrolytici (1 M LiFP6 in EC/DMC).Super pressione mechanica seu ictum, liquor tondendam effectum densantem cum aucto viscositatis exhibet, ideoque impulsum energiam et tolerantiam ad opprimendum ostendens dissipans (Fig)
Fig.
(A) Shear crasso electrolytici.Top: Pro normali electrolytici, mechanica ictum ducere potest ad brevitatem internam altilium, causando ignes et explosiones.Bottom: Novus dolor electrolytici cum tondendis ingruentibus effectus sub pressione vel ictum ostendit praeclaram tolerantiam ad opprimendos, quae signanter saluti mechanicae gravidae emendare potuerunt.(B) Separatores bifunctionales ad primum detectionem lithii dendritarum.Dendritarum formatio in altilium traditum lithium, ubi perfecta penetratio separatoris per lithium dendritum solum deprehenditur cum pugna deficit ob ambitum interni brevis.Prae, pugna lithium cum separatore bifunctionali (constans strato conducto inter duos separatores conventionales compositos), ubi lithium dendritum obsitum separatorem penetrat et contactum facit cum strato aereo ducendo, inde in guttam.VCu−Li, quae est admonitio defectionis imminentis ob ambitum brevem internum.Autem, pugna plena cum potential nonzero perficiendis tuto manet.(A) et (B) cum permissione a Springer Naturae aptantur vel reducuntur.(C) Trilayer separator Li dendrites ancipitia consumat et se refiere agat.Sinistra: Lithium anodes deposita dendritica facile formare possunt, quae paulatim crescere et dilatare ac separatorem inertem polymerum penetrare possunt.Cum dendritae tandem cathodam et anode coniungunt, pugna brevis circuita est et deficit.Recte: iacuit nanoparticularum silicarum a duobus stratis separatorum mercatorum polymerorum fartus est.Cum igitur lithium dendrites crescunt et separator penetrabunt, nanoparticulas silicas contacturi in strato sandwiche et electrochemice consumuntur.(D) Scanning microscopy (SEM) imago nanoparticuli silicae separatoris farti.(E) Typica intentione versus temporis figuram a Li/Li altilium cum separatore conventionali (curva rubra) et nanoparticulo silica trilay separatoris (curva nigra) probata sub iisdem conditionibus.(C), (D), and (E) are reproduced with permission from John Wiley and Sons.(F) Schematica machinarum redox pectinis additivorum illustratio.In cathode gravem superficiem, redox additivus oxidizatus est ad formam [O], quae postea in statum pristinum reducta [R] in superficie anodae per diffusionem per electrolyticum.Cyclus electrochemicus oxidationis-diffusionis-reductionis-diffusionis in infinitum conservari potest ac proinde cathodam potentialem ab ancipiti onere claudat.(G) Typical structurae chemicae redox pectinis additivorum.(H) Mechanismus shutdown oneris additivorum quae electrochemically polymerize ad altas potentias possunt.(I) Typical structurae chemicae shutdown onerem additivorum.Potentiae potentiae additivorum sub unaquaque structura hypothetica recensentur in (G), (H), et (I).
Separatores electronice cathode et anode insulare possunt et munus magni ponderis in vigilantia salutis condicionis pilae in situ ad impediendam praeteriti temporis deceptionem 1. Exempli gratia, "bifunctionalis separator" cum configuratione polymer-metal-polymer trilayer (Fig) munus novum voltage-sentiens praebere potest.Cum dendrita excrescit et ad medium stratum pervenerit, coniunget stratum metallicum et anodem ita ut subito gutta voltage inter eos statim ut output deprehendi possit.
Praeter deprehensionem trilayer separator Li dendrites ancipitia consumere voluit et incrementum eorum retardare postquam separator penetravit.Stratum nanoparticulorum silicae, duobus stratis separatorum mercatorum polyolefinum fartum (Fig, C et d), potest consumere quemlibet ancipitem Li dendritam penetrantem, ita efficaciter in pugna salutis meliori.Vita pugnae tutae signanter extensa est ab circiter quinquies comparata cum separatoribus conventionalibus habendis.Fig).
Tutela imminentes.Onerare definitur ut incurrens machinam ultra intentionem designatam.Urguere possent per altum peculiares densitates currentium, incurrentium profiles infestantium, etc., quae seriem problematum efficere possunt, excepta (i) depositione Li metalli in anode, quae graviter afficit pugnae electrochemicae observantiam et salutem;(ii) de compositione materiae cathodae, oxygenii solvendi;et (iii) compositione electrolytici organici, caloris et productorum gaseorum solvendi (H2, hydrocarbonum, CO, etc.), quae responsabiles sunt pro fugitivo scelerisque.Motiones electrochemicae in compositione perplexae sunt, quarum nonnullae infra recensentur.
Asteriscus (*) denotat hydrogenium gas ex protic oriri, relinquens coetus generatos in oxidatione carbonatarum in cathode, quae deinde diffundunt ad anodem reducendam et H2 generandam.
Secundum differentias in functionibus, onerem tutelae additivarum poni possunt sicut additamenta redox pectinis et shutdown additiva.Illa cellulam a onere reversibly custodit, haec cellulam operationem perpetuo terminat.
Redox pectinis additivorum munus ab electrochemice shunting, excessum crimen in pilae injectum cum oneris occurrit.Ut patet inFigmechanismus innititur redox additivo quae oxidatio potentiale paulo inferiori habet quam compositionis anodici electronici.In cathode gravem superficiem, redox additivus oxidizatus est ad formam [O], quae postea in anodium post diffusionem per electrolytici superficiei reducta in statum pristinum redigebatur.Postea redactus additivus reducere potest ad cathodem, et cyclus electrochemicus "oxidationis-diffusionis-reductionis-diffusionis" in infinitum conservari potest, ac proinde cathodam potentialem ab ulteriore ancipiti onere comprimit.Studia monstraverunt potentialem additivorum redox esse circiter 0.3 ad 0.4 V supra potentiam cathodae.
Additivorum series cum structurae chemicae bene formandae et potentiae redox ortae, inter metallocenes organometallicas, phenothiazines, triphenylamines, dimethoxybenzenes et earum derivationes, et 2-(pentafluorophenyl)-tetrafluoro-1,3,2-benzodioxaborolum (Fig).Per instruendas structuras hypotheticas, additivae oxidationis potentiae ad supra 4 V versari possunt, quae apta est ad materiam cathodeorum et electrolytarum summae intentionis celeriter promovendam.Consilium principale principale importat summissionem altissimam occupatam orbitalem orbitalem additivi mediante electronico-recedente substituendo addendo, ducens ad augmentum oxidationis potentialis.Praeter organica additiva, salia quaedam inorganica, quae non solum possunt operari ut sal electrolytici, sed etiam pectine redox, ut salium botri perfluoroboranum [id est, lithium fluorododecaboratum (Li2B12F.xH12−x)], inventa sunt etiam additamenta efficiens redox pectinis.
Shutdown onerem additiva sunt genus immedicabile oneris tutela additiva.Operantur vel solvendo gas ad altas potentias, quae vicissim machinam interpellantis currentem operatur, vel in potentias altas electrochemice permanenter polymerizing ad terminandum operationem altilium antequam eventus calamitosos fiant (Fig).Exempla priorum includunt xylen, cyclohexylbenzenum et biphenylum, quorum exempla includunt biphenyl et alia composita aromatica substituta (Fig).Effectus negativi additivorum shutdown adhuc sunt operationis diuturnae et repositionis operationis LIBs propter irreversibilem oxidationis horum compositorum.
Ad solvendas difficultates in scaena II (calor cumulus et processus emissio gas)
Cathode certa materiarum.Lithium oxydi metalli transitio, ut oxydatum trilicum LiCoO2, LiNiO2, et LiMnO2;genus oxydi spinalis LiM2O4;et polyanion typus LiFePO4, vulgo cathode utuntur, quae tamen quaestiones praesertim in calidis temperaturis tutos habent.Inter eos, olivinum LiFePO4 constructum relative tutum est, quod stabile usque ad 400°C est, dum LiCoO2 dissolui incipit 250°C.Ratio melioris securitatis LiFePO4 est quia omnes oxygenii iones validi covalentes ligamenta cum P5+ formant, PO43− polyaniones tetradrales formare, quae totum tres dimensiones compages stabiliunt et stabilitatem meliorem praebent cum aliis cathodeis materiis comparatis, etsi adhuc supersunt. quidam altilium ignis accidentia fuisse nuntiaverunt.Maior salus cura oritur ex compositione harum materiarum cathodae in elevatis temperaturis et oxygeni simultanei emissiones, quae simul ad combustiones et explosiones, gravissime salutis altilium discrimen, ducere possunt.Exempli gratia, structura oxydi cristallina LiNiO2 instabilis est propter existentiam Ni2+, cuius magnitudo ionica est similis illi Li+.Quod delithiated LixNiO2 (x< 1) tendit ad stabiliorem phasel-typei Phase LiNi2O4 (spinel) et scopuli-typi NiO converti, cum oxygenio emissus in electrolyticum liquidum circa 200°C, ducens ad combustionem electrolyticam.
Magnae conatus factae sunt ut scelerisque stabilitatem harum materiarum cathodae emendare per tunicas atomos doping et superficies tutelares.
Atomum doping signanter augere potest scelerisque stabilitatem materiae oxydi iacuit ob structuras cristallinas inde stabilitas.Stabilitas scelerisque LiNiO2 vel Li1.05Mn1.95O4 signanter emendari potest ex substitutione partialis Ni vel Mn cum aliis cationibus metallicis, ut Co, Mn, Mg, et Al.Pro LiCoO2, introductio dopingendi et mixtionis elementorum sicut Ni et Mn potest vehementius augere compositionis impetum temperatus.Tdec, dum etiam reactiones evitando cum electrolytico ad altas temperaturas.Sed augetur stabilitas in cathode scelerisque generatim cum sacrificiis specificis facultatibus.Ad hanc quaestionem solvendam, materia cathode concentrationis-gradientis pro lithium gravida rechargeablesum innixum in oxydatum cobalti manganesi lithium nickel stratum evoluta est (Fig) .In hac materia, quaelibet particula Ni-dives molem centralem et Mn-dives stratum externum habet, cum decrescente Ni concentratione et Mn et Co concentratione crescente, sicut superficies aditur (.Fig).Illa altam capacitatem praebet, haec vero scelerisque stabilitatem meliorat.Nova haec materia cathode ostensa est ad meliorem salutem batteri sine ullo discrimine perficiendi electrochemico eorum.Fig).
Fig.
(A) Schematica schematis particulae electrodis positivae cum nucleo Ni-divite circumdato, strato exteriori-gradiente.Quaelibet particula Ni-dives molem centralem Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2 et Mn-divitum tegumen [Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2] habet, cum decrescentibus concentrationis NI et concentrationibus Mn et Co augendis. ut superficies adeatur.Illa altam capacitatem praebet, haec vero scelerisque stabilitatem meliorat.Compositio mediocris Li (Ni0.68Co0.18Mn0.18)O2.Etiam in dextra electronica micrograph particulae typicae ostenditur.(B) Electron-proba x-radius microanalysis eventus oxydi finalis lithiati Li (Ni0.64Co0.18Mn0.18)O2.Patent graduales mutationes in interpositione Ni, Mn et Co.Ni concentratione decrescit, et concentrationes Co et Mn ad superficiem augentur.(C) differentialis calorimetry intuens (DSC) vestigia monstrantia caloris ex reactione electrolytici cum materia concentratione-gradiente Li(Ni0.64Co0.18Mn0.18)O2, materia centralis Ni-divitis Li(Ni0.8Co0.1Mn0. 1)O2, et Mn-divitum tegumen [Li(Ni0.46Co0.23Mn0.31)O2].Materiae mandatae sunt 4.3 V. (A), (B), et (C) permissu a Springer Naturae reproductae.(D) Left: Transmissio microscopii (TEM) imago campi lucidi AlPO4 nanoparticulatis LiCoO;spectrometriae dispersivae x-radii industria confirmat partes Al et P in strato litura.Recta: Summus resolutio TEM imaginis AlPO4 nanoparticularum (~3 nm diametro) in strato nanoscale vestiens;sagittae indicant medium inter stratum AlPO4 et LiCoO2.(E) Superest: Pictura cellulae LiCoO2 nudae continens cathode post 12-V oneris test.Cellula in ipsa intentione combusta et explosa est.Recta: Pictura cellae continens AlPO4 nanoparticulum LiCoO2-coactatum post 12-V testam oneris.(D) and (E) are reproduced with permission from John Wiley and Sons.
Aliud consilium ad scelerisque stabilitatem emendare est materiam cathodae tunicae cum tutela tenui iacu- rarum thermally firmum Li+ gerendi compositorum, quod potest impedire contactum directum materiae cathodae cum electrolytico et sic decrescunt motus laterales et caloris generationis.membranae inorganicae cinematographicae [exempli gratia ZnO, Al2O3, AlPO4, AlF3, etc.], quae Li iones post lithiated ducere possunt (exempli gratia ZnO, Al2O3, AlPO4, AlF3, etc.]Fig, D et E), vel membrana organica, ut poly(diallyldimethylammonium chloridum), membrana tutelae γ-butyrolactone additativa formata, et multicomponentia additiva (ex carbonate vinylene, 1,3-propylene sulfite et dimethylacetamide constans).
Efficax est etiam ad cathode augendam efficax efficiens cum temperamento positivo coefficientem introducere.Exempli gratia, poly(3-decylthiophene)-cathodes LiCoO2 coated reactiones electrochemicos claudere potest et motus laterales semel temperatus ad >80°C ascendens, sicut polymerus conductivus iacuit celeriter ad statum valde resistentem transformare potest.Articulationes architecturae oligomerorum propriae terminatae cum architectura hyper-ramatae possunt etiam munus facere ut stratum scelerisque responsivum interclusionis ad claudendam pilam ab cathode parte claudendam.
Scelerisque switchable decumanus monetae.Shutdown electronicarum reactionum in pugna temperatura in scaena 2 augeri potest efficienter impedire temperamentum ne amplius crescat.Jejunium et convertitur polymerus thermoresponsivus mutandi (TRPS) incorporatus est interius in hodiernum collectorem (Fig) .Tenuis cinematographica TRPS constat ex grapheneo spicoso nanostructo nickel (GrNi) particulas conductivas ut filler conductivus et matrix PE cum magna coëfficiente expansione scelerisque (α ~ 10−4 K−1).Polymerus sicut fabricatus cinematographica composita altam conductivity (σ) ostendit in cella temperatura, sed cum temperatus appropinquat ad commutationes temperaturas (Ts), conductivity intra 1 s decrescit per septem ad octo ordines magnitudinis ex polymerico voluminis expansionis, qui conductivas particulas separat et vias conductivas frangit (Fig).In instanti pellicula insulating fit et sic pugnae operatio terminatur (Fig).Hic processus valde convertitur et potest etiam post multiplices eventus overheating absque ullo detrimento effectus.
Fig. 5 Strategies ad quaestiones in scaena solvendas 2 .
(A) Schematica illustratio de mechanica mutandi scelerisque TRPS collectoris currentis.Pugna tuta unum vel duos collectores currentes habet strato tenui TRPS obductis.Plerumque in locus temperatus operatur.Attamen, in casu caliditatis vel magnae venae, matrix polymerus dilatatur, ita conductivas particulas separans, quae eius conductivity minuere potest, valde resistentiam augens et pugnae occlusionem.Ita structurae altilium sine damno muniri possunt.In refrigerio, polymerus vias conductivas refugit et pristinas recuperat.(B) Resistebilitas mutationum TRPS diversarum pellicularum ut functionem temperationis, inclusis PE/GrNi cum diversis onerationes GrNi et PP/GrNi cum 30% (v/v) oneratione GrNi.(C) Facultas summarium securitatis LiCoO2 altilium inter 25°C et shutdown revolutio.Prope nulla capacitas ad 70°C plenam shutdown indicat.(A), (B), and (C) reproducuntur permissio a Springer Naturae.(D) Schematica repraesentatio microsphaerii substructio conceptus shutdown pro LIBs.Electrodes officiati sunt cum microspheriis thermoresponsivis quae, supra criticam internam caliditatem altilium, transitus scelerisque subeunt (contabescunt).Capsulae liquefactae superficiei electrode tunicam faciunt, claustrum ionice insulantem efformantes et cellam pilae claudentes.(E) Membrana composita inorganica tenuis et per se stans composita ex 94% particulis aluminae et globulus 6% styrene-butadiene (SBR) ligans solutionem methodi fundendi parata est.Recte: Photographs ostendens scelerisque stabilitatem compositi separatoris inorganici et PE separatoris.Separatores ad 130°C pro 40 min tenebantur.The PE signanter refugit aream cum quadrato punctato.Compositum separator recusationem manifestam non ostendit.Permissu Elsevier expressi.(F) Molecularis structura aliquarum polymerorum temperaturae altae liquefactionis, ut materias separator cum low summus temperaturarum DECREMENTUM.Top: polyimide (PL).Medio: cellulosa.Bottom: poly(butylene) terephthalate.(G) Reliquit: Comparatio spectris DSC PI cum PE et PP separatoris;SEPARATOR PI separator optimam scelerisque stabilitatem in iugi temperatura ab 30° ad 275°C ostendit.Recte: Digital camera photographemata comparet wettability separatoris commercialis et quasi separatoris PI separatoris cum carbonate electrolytico propylene.Reproductae permissu Societatis chemicae Americanae.
Scelerisque shutdown separators.Aliud consilium ne gravida a scelerisque fugitivorum in scaena 2 claudit per viam conductionis Li ions per separatoris.Separatores key membra sunt ad salutem LIBs, quod contactum electricam prohibent inter altae industriae cathodium et anode materias, dum onerariis ionica permittit.PP et PE materiae frequentissimae sunt, sed pauperum stabilitatem scelerisque habent, punctis liquefactis ~165° et ~135°C, respective.LIB mercatorum, separatores cum PP/PE/PP structura trilayer iam mercatura sunt, ubi PE strati medius tutela est.Cum temperatura interna pilae supra caliditatem criticam (~130°C) crescit, rara PE iacuit partim dissolvit, poros cinematographicos claudens et migrationem ionuum in liquore electrolytici praeveniens, dum PP lavacrum mechanicum ad vitandum internum praebet. shorting.Alternis, thermae shutdown of LIB inductae etiam effici potest utendo microsphaerio thermoresponsivo PE vel paraffin cerae tutelae strato pilae anodes vel separatores.Cum interna pugna temperatura ad valorem criticum attingit, microsphaerae anaode/separator cum obice non permeabili liquefaciunt et claudunt Li-ion onerariam et claudentes cellulam permanenter (Fig).
Separator scelerisque stabilitatem magna.Ad scelerisque stabilitatem pugnae separatorum emendandam, duo aditus elapsis aliquot annis ortae sunt:
(1) Ceramico-disparotores amplificatus, sive directo coatingi sive superficiali incremento stratorum ceramicorum fabricato, ut SiO2 et Al2O3 in superficiebus separatis polyolefin existentibus vel ceramicis in materiis polymericis infixa (.Fig) , ostendunt altissima puncta liquefacientia et altae vires mechanicae et etiam relative altum scelerisque conductivity habent.Nonnulli separatores compositi hoc consilio fabricati mercatores facti sunt, ut Separion (nomen artis).
(2) Mutantes materias separatores a polyolefin in altum liquescentes polymerorum temperaturas cum low DECREMENTUM in calefactionem, ut polyimidum, cellulosum, poly(butylenum) terephthalatum, aliaque polyolefinum analogum, aliud est consilium efficax ad stabiliendam scelerisque stabilitatem. separatorum (Fig).Exempli gratia, polyimida est polymerus thermostinga late pro spondens alternatio propter suam excellentem stabilitatem (per 400°C stabilitatem), bonum chemicum resistentia, robur distrahens altum, bonum electrolyticum wettability, flamma retardatio (.Fig) .
Pugna fasciculi ad refrigerandum munus.Fabrica-scalae scelerisque systemata administrandi per circulationem aeris vel liquoris refrigerationis adhibitae ad emendare altilium effectus et tardus temperatus auget.Praeterea materias phase-mutationes ut cera paraffin integratae sunt in sarcinas pugnaces ad agendum ut calor descendat ad temperandam temperiem suam, ergo abusus temperatus vitando.
Ad solvendas quaestiones in scaena 3 (combustiones et explosiones)
Calor, dolor, cibus, ut "triangulum ignis", sunt necessarii ad ignes maxime necessarii.Cum cumulum caloris et oxygenii generantur in gradibus 1 et 2, cibus (id est electrolytici valde flammabiles) automatice combustionem incipiet.Reducendo flammabilitatem solventium electrolytici vitalis est ad salutem pugnae et ulteriores applicationes magnarum LIBs.
Flammeo retardant additives.Investigationes tremendae studuerunt evolutioni flammeae retardare additamenta ad flammabilitatem liquoris electrolytici deprimendi.Plurimi additamenta flammea retardantia in liquidis electrolytis adhibita fundantur in compositis phosphoro organico vel compositis halogenatis organicis.Cum halogenis periculosiores sunt ad ambitum et salutem humanam, phosphori organici compositiones magis candidati pollicentur sicut additamenta flammea retardantia propter altam facultatem flammae retardationem et amicitiam environmental.Organicum phosphori compositum typicum includunt phosphitum, triphenylum phosphatum, bis (2-methoxyethoxy) methylallylphosphonatum, tris (2,2,2-trifluoroethyl) phosphitum, (ethoxy) pentafluorocyclotriphosphazenum, ethylenum, ethylnum (ethylene, ethylene) etc.Fig).Mechanismus flammae retardationis effectus horum phosphoro-compositorum continentium vulgo creditur processum chemicum radicali-evagandi.Per combustionem, phosphoro-quae moleculae continentes possunt phosphoro-continens species radicalis liberae corrumpi, quae tunc radicales (exempli gratia radicalis H et OH terminantur) generantur in catenis propagationis reactionis quae responsabiles sunt motus continuo (exempli gratia)Fig, B et C .Infeliciter, reductione in flammabilitatem cum additis horum phosphororum-continentium flammarum retardantium , detrimento effectus electrochemici venit.Ad emendandum hoc commercium, alii investigatores aliquas modificationes suas structurae hypotheticae fecerunt: (i) phosphates partiales fluorinationis alkyl phosphates suam reductivam stabilitatem et flammam retardantiam efficaciam emendare possunt;(ii) compositorum usus vel tutela cinematographica et flammea retardans proprietates habentium, ut bis (2-methoxyethoxy) methylallylphosphonatum, ubi coetus allici polymerizent et formant cinematographicum SEI stabilis in superficiebus graphitis, ita efficaciter impediens latus ancipitum. profectae;(iii) mutatio P(V) phosphatae ad P(III) phosphitarum, quae faciliorem SEI formationem ac- cipiant ancipitia PF5 [exempli gratia tris (2,2,2-trifluoroethyl) phosphitae] ;et reponens organophosphoro additivorum cum phosphazenis cyclicis, praesertim cyclophosphazenis fluorinatis, quae compatibilitatem electrochemicam auxerunt.
Fig. 6 Strategies ad quaestiones in scaena solvendas III.
(A) Typica structurae hypotheticae flammeo-retardant additivae.(B) Mechanismus flammae retardationis effectus horum phosphoro-compositorum continentium vulgo creditur processum chemicum radicale-scaventivum, qui catenulas reactiones fundamentales terminare potest responsabilis motus combustionis in periodo gasi.TPP, triphenyl phosphas.(C) Tempus auto-exstinctum (SET) carbonas electrolytici typici signanter minui potest cum additione triphenylis phosphatae.(D) Schematica de "captiosus" separator electrospun cum proprietatibus scelerisque flammeis retardantibus pro LIBs.Liber separator stans ex microfibris cum cori concha componitur, ubi flamma retardat nucleum et polymerus est testa.Scelerismi excitato, testa polymerus liquescit et deinde flamma retardatur encapsulata in electrolyticum emittitur, ita efficaciter ignitionem et incendium electronicorum supprimens.(E) SEM imago microfibrarum TPP@PVDF-HFP post notificationem nuclei conchae structuram clare ostendit.Squama vectis, 5 µm.(F) Typical structurae hypotheticae locus temperaturae liquidae ionicae adhibitae ut electrolytici non flammabiles pro LIBs.(G) Molicularis structura PFPE, non flammabilis perfluorinata PEO analog.Duo coetus yl carbonas methyl modificantur in catenis terminalibus polymerorum ad convenientiam moleculorum cum systematibus altilium currentibus.
Animadvertendum est semper mercaturam esse inter flammabilitatem redactam electrolytici et cellulae perficiendi pro additivis recensitis, quamvis haec transactio per supra designata hypothetica emendata est.Aliud consilium ad solvendam hanc quaestionem propositam implicat incorporandi flammam retardare intra concham polymerorum microfiberorum tutelae, quae adhuc reclinatae sunt ad separatorem non contextum formandum.Fig) .Novus electrospun microfiber separator non textilis cum proprietatibus thermarum flammeo-retardantibus fabricatus est pro LIBs.Encapsulatio flammae retardantis intra polymerorum tutelae putamen directam expositionem flammae retardantis electrolytici prohibet, effectus negativos retardantes in electronico pugnae observantia praeveniens.Fig).Attamen, si scelerisque fugitivorum LIB pugnae incidit, polyper (vinylidenefluoride-hexafluoro propylene) copolymer (PVDF-HFP) liquefaciet sicut temperatura augetur.Tunc flamma triphenylis phosphatae encapsulae retardatur in electrolyticum solvetur, ita efficaciter combustionem altus flammabiles electrolytorum supprimens.
Conceptus "sal-contentus electrolytici" etiam elaboravit ad hanc dilemma solutionem.Hi ignis organici electrolytici exstinguentes pro rechargeables batteries continent LiN(SO2F)2 ut sal et flamma popularis retardat phosphate trimethyli (TMP) ut unica solvendo.Spontanea formatio salis robusti inorganici SEI in anodem deducta pendet ad effectum electrochemicum stabili.Hoc novum consilium ad varios alios flammas retardantes extendi potest et novum aditum aperire ad solvenda nova flammea retardantia menstrua ad tutiora LIBs.
Liquidum nonflammabile electrolytes.Ultima solutio ad quaestiones securitatis electronici esset ut electrolytici non flammabiles intrinsece enuclearentur.Unius globi electrolyticorum non flammabiles qui late pervestigati sunt liquores ionici sunt, praesertim locus temperatus liquorum ionicorum, qui sunt non volatiles (nullum pressurae vaporum detectabilium infra 200°C) et non flammabiles et latum fenestrae temperaturae habent.Fig) .Attamen continua investigationes adhuc requiritur ad solvendas quaestiones capacitatis minoris rate ortae ex alta viscositate, demissa Li translatione numerorum, cathodicae vel deminutivae instabilitatis, et summus sumptus liquorum ionicorum.
Gravis hydrofluoroethers inferior-molecularis sunt aliud genus liquoris electrolytici non flammabilis ob punctum altum aut nullum mico, non flammabilitas, tensio superficialis humilis, viscositas humilis, temperatus humilis congelatio, etc.Proprium hypotheticum consilium adhibeatur ut suas chemicae proprietates accommodet ad criteriis electrolyticorum altilium.Exemplum interesting quod nuper relatum est perfluoropolyether (PFPE), oxydi polyethylenae perfluorinatum (PEO) analogum notum est propter eius nonflammabilitatem (Fig) .Duae methyl carbonas coetus modificantur in catenis terminalibus PFPE (PFPE-DMC) ad convenientiam moleculorum cum systematibus altilium currentibus.Ita, nonflammabilitas et scelerisque stabilitas PFPEs meliorem salutem LIBs signanter emendare possunt dum translatio electrolytici numerum auget ob unicam structuram hypotheticam designat.
Scaena 3 est scaena finalis sed praecipue crucialis pro processu scelerisque fugitivo.Animadvertendum est, quamvis magnos conatus ad redigendos flammabilitatem status-es-artis electrolytici liquidi, usum electrolythi solidi-statis, qui non volatili sunt, magnam promissionem ostendit.Electrolyti solidi maxime cadunt in duo genera: electrolytici inorganici, oxydi, nitrides, phosphates, etc.] et polymerus solidi electrolytici [miscent Li salia cum polymerorum, ut poly (oxydatum ethylenum), polyacrylonitrilum, etc.Opera solida electrolytici emendare hic non possunt, sicut hic locus in pluribus recens recensionibus bene digestus est.
PROSPECTUS
In praeterito, multae materiae novae effectae sunt ad meliorem altilium salutem, quamvis quaestio nondum omnino soluta est.Praeterea, machinae quae tutae afferunt quaestiones variantur pro diversis chemiae altilium.Sic, materiae specificae ad formandam gravidarum diversitatem designari debent.Plures methodos efficientes et materias bene constitutas reperiendas credimus.Hic varias directiones possibilium enumeramus ad investigationes securitatis futurae pugnae.
Primum interest evolvere in situ vel in operando modos ad deprehendendas et monendos internae sanitatis condiciones LIBs.Exempli causa, processus fugitivus scelerisque arcte coniungitur cum temperatura interna vel pressione intra LIBs aucta.Attamen temperatura distributio intra batteries magis implicata est, et methodi necessariae sunt ad praecise monitores valorum electrolytorum et electrodes, ac separatorum.Ita, cum has parametros pro diversis componentibus metiri possit, critica est ad diagnostionem et sic ad pericula salutis pugna praecavens.
Stabilis scelerisque separatorum pugna salutis pendet.Polymeri recenter elaboraverunt cum puncta liquabilia alta efficacia sunt ad augendam scelerisque integritatem separatoris.Attamen proprietates eorum mechanicae adhuc inferiores sunt, multum minuentes processabilium in pugna conventus.Pretium autem etiam magni momenti est quod pro usu adhibitis considerari debet.
Explicatio solidorum electrolyticorum videtur esse ultima solutio ad quaestiones securitatis LIBs.Electrolytus solidus facultatem brevitatis pugnae internae, cum periculo ignium et explosionum, valde reducet.Tametsi magnos conatus in solidorum electrolytorum incrementis destinati sunt, operae tamen multo post electrolytici liquidi remanent.Composita electrolytici inorganici et polymerorum magnam potentiam ostendunt, sed subtiliorem rationem et praeparationem requirunt.Inculcimus proprium consilium interfaces inorganico-polymer et machinationem noctis eorum cruciales esse ad onerariam Li-ion efficientem.
Notandum est liquorem electrolytici non solum componentis pugnae combustibilem esse.Exempli gratia, cum LIBs valde accusatus est, materias combustibiles lithiatae anode (exempli gratia graphite lithiated) etiam magnae salutis curae sunt.Flamma retardantis, qui ignes materiae solidae-statis efficaciter retardare possunt, valde postulaverunt ut suam salutem augerent.Flamma retardantiae cum graphite in forma polymerorum ligatorum vel compagum conductivorum misceri potest.
Pugna salus est magis composita et urbana quaestio.Futura salutis pilae plures conatus in studiis mechanisticis fundamentalibus ad altiorem intellegentiam vocat, praeter methodos characterizationis provectos, qui ulteriores informationes praebere possunt ad materiam designandam ducendam.Etsi haec Review spectat ad salutem materiae graduum, sciendum est accessionem holisticam adhuc opus esse ad solvendam salutem proventum LIBs, ubi materias, cellulae et formas, et pugna moduli et sarcinas aequas partes agunt ut gravida ante certas reddant. ad forum dimissi sunt.
REFERENCES ET NOTA PRÆVIA
Kai Liu, Yayuan Liu, DingchangLin, Allen Pei, Yi Cui, Materias lithium-ion pugna salus, ScienceAdvances, DOI:10.1126/sciadv.aas9820
Post tempus: Iun-05-2021
