ความก้าวหน้าในการวิจัยเกี่ยวกับการสูญเสียความร้อนในการชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียม

著者：Iflowpower – Olupese Ibusọ Agbara to ṣee gbe

บทคัดย่อ: สรุปความก้าวหน้าล่าสุดและแนวโน้มการพัฒนาสำหรับการวิจัยแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีความปลอดภัยสูง สิ่งสำคัญจากเสถียรภาพของอิเล็กโทรไลต์และอิเล็กโทรดที่อุณหภูมิสูง สาเหตุของความไม่เสถียรทางความร้อนของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและกลไกของพวกมันได้ชี้แจงให้ชัดเจนว่าระบบแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเชิงพาณิชย์ที่มีอยู่นั้นไม่เพียงพอต่ออุณหภูมิสูง จึงเสนอให้พัฒนาอิเล็กโทรไลต์อุณหภูมิสูง การดัดแปลงเชิงบวกและเชิงลบ และการจัดการแบตเตอรี่ภายนอก เป็นต้น เพื่อออกแบบแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีความปลอดภัยสูง

แนวโน้มการพัฒนาเชิงเทคนิคของการพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเพื่อความปลอดภัย 0 บทนำ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้กลายมาเป็นตัวแทนทั่วไปของพลังงานประเภทใหม่เนื่องจากมีต้นทุนต่ำ ประสิทธิภาพสูง พลังงานสูง และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม โดยใช้กันอย่างแพร่หลายในผลิตภัณฑ์ดิจิทัล 3C พลังงานเคลื่อนที่ และเครื่องมือไฟฟ้า ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เนื่องมาจากมลภาวะทางสิ่งแวดล้อมที่เพิ่มมากขึ้นและแนวทางนโยบายระดับชาติ ทำให้ตลาดรถยนต์ไฟฟ้าที่ใช้รถยนต์ไฟฟ้ามีความต้องการแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเพิ่มมากขึ้น ในกระบวนการพัฒนาระบบแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนกำลังสูง ปัญหาด้านความปลอดภัยของแบตเตอรี่จึงได้รับความสนใจอย่างกว้างขวาง ปัญหาที่มีอยู่จำเป็นต้องได้รับการแก้ไขอย่างเร่งด่วน

การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของระบบแบตเตอรี่จะถูกกำหนดโดยการเกิดความร้อนและกระจายปัจจัยสองประการ การเกิดความร้อนของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นสิ่งสำคัญ เนื่องมาจากปฏิกิริยาระหว่างการสลายตัวด้วยความร้อนและวัสดุของแบตเตอรี่ ลดความร้อนของระบบแบตเตอรี่และปรับปรุงระบบประสิทธิภาพการป้องกันอุณหภูมิสูง ทำให้ระบบแบตเตอรี่มีความปลอดภัย

และอุปกรณ์พกพาขนาดเล็กเช่นโทรศัพท์มือถือ ความจุของแบตเตอรี่แล็ปท็อปโดยทั่วไปจะน้อยกว่า 2AH และความจุของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนประเภทพลังงานที่ใช้ในยานพาหนะไฟฟ้าโดยทั่วไปจะมากกว่า 10ah และอุณหภูมิในพื้นที่มักจะสูงกว่า 55 ° C ในระหว่างการทำงานปกติ และอุณหภูมิภายในจะถึง 300 ° C ภายใต้สภาวะการชาร์จและคายประจุที่มีอุณหภูมิสูงหรืออัตราเร็วสูง การเพิ่มขึ้นของความร้อนและอุณหภูมิตัวทำละลายอินทรีย์ที่ติดไฟได้จะทำให้เกิดปฏิกิริยาข้างเคียงหลายอย่าง ซึ่งในที่สุดจะนำไปสู่ความร้อนที่ควบคุมไม่ได้และแบตเตอรี่ติดไฟหรือระเบิด [3] นอกเหนือจากปัจจัยการตอบสนองทางเคมีของตัวเองแล้ว บางคนยังเกิดไฟฟ้าลัดวงจรอันเกิดจากความร้อนสูงเกินไป การแซง และการกระแทกทางกล ปัจจัยเทียมบางอย่างยังสามารถนำไปสู่การเกิดขึ้นของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนซึ่งทำให้เกิดอุบัติเหตุด้านความปลอดภัยได้อีกด้วย ดังนั้นจึงมีความสำคัญที่จะต้องศึกษาและปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้งานที่อุณหภูมิสูงของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

1. การวิเคราะห์สาเหตุความร้อนที่ควบคุมไม่ได้ การวิเคราะห์สาเหตุความร้อนที่ควบคุมไม่ได้ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นสิ่งสำคัญ เนื่องจากอุณหภูมิภายในแบตเตอรี่จะสูงขึ้น ในปัจจุบัน ระบบอิเล็กโทรไลต์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเชิงพาณิชย์คือสารละลายคาร์บอเนตผสมของ LiPF6 ตัวทำละลายดังกล่าวมีความผันผวนสูง จุดวาบไฟต่ำ และติดไฟได้ง่ายมาก

เมื่อเกิดไฟฟ้าลัดวงจรภายในอันเกิดจากการชนหรือการเสียรูป การชาร์จและการคายประจุในอัตราสูง และการแซงหน้า จะทำให้เกิดความร้อนจำนวนมาก ส่งผลให้อุณหภูมิแบตเตอรี่เพิ่มสูงขึ้น เมื่อถึงอุณหภูมิถึงจุดหนึ่ง ปฏิกิริยาการสลายตัวจะเกิดขึ้น ส่งผลให้สมดุลความร้อนของแบตเตอรี่ถูกทำลาย หากไม่สามารถระบายความร้อนที่เกิดจากปฏิกิริยาเคมีเหล่านี้ออกไปได้ทันเวลา ก็จะทำให้ปฏิกิริยารุนแรงขึ้น และกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาข้างเคียงที่เกิดความร้อนขึ้นเอง

อุณหภูมิของแบตเตอรี่เพิ่มสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว เรียกว่า “ความร้อนเกินการควบคุม” ส่งผลให้แบตเตอรี่ไหม้และอาจเกิดการระเบิดได้ในที่สุด โดยทั่วไปแล้ว สาเหตุของความร้อนที่ควบคุมไม่ได้ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีความสำคัญในความไม่เสถียรทางความร้อนของอิเล็กโทรไลต์ รวมไปถึงความไม่เสถียรทางความร้อนของอิเล็กโทรไลต์และการอยู่ร่วมกันของอิเล็กโทรดบวกและลบ ในปัจจุบัน ความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถือเป็นสิ่งสำคัญในภาพรวม ตั้งแต่การจัดการภายนอกและการออกแบบภายใน เพื่อควบคุมอุณหภูมิภายใน แรงดันไฟ และแรงดันอากาศ เพื่อให้บรรลุจุดประสงค์ด้านความปลอดภัย

2 แก้ไขกลยุทธ์การควบคุมความร้อนที่เกินการควบคุม 2. การจัดการภายนอก 1) ส่วนประกอบ PTC (ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวก): ติดตั้งส่วนประกอบ PTC ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ซึ่งจะพิจารณาแรงดันและอุณหภูมิภายในแบตเตอรี่ และเมื่อแบตเตอรี่ได้รับความร้อนจากการชาร์จมากเกินไป แบตเตอรี่จะมีค่าความต้านทาน 10 เพิ่มขึ้นเพื่อจำกัดกระแสไฟ และแรงดันไฟฟ้าระหว่างขั้วบวกและขั้วลบจะลดลงเหลือแรงดันไฟฟ้าที่ปลอดภัย เพื่อให้เกิดฟังก์ชันการป้องกันอัตโนมัติของแบตเตอรี่ 2) วาล์วป้องกันการระเบิด: เมื่อแบตเตอรี่มีขนาดใหญ่เกินไปเนื่องจากความผิดปกติ วาล์วป้องกันการระเบิดจะผิดรูป ซึ่งจะถูกวางไว้ภายในแบตเตอรี่ที่จะเชื่อมต่อ เพื่อหยุดการชาร์จ

3) อิเล็กทรอนิกส์: ชุดแบตเตอรี่ 2 ~ 4 ก้อนสามารถเพิ่มการออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์ตัวป้องกันลิเธียมไอออน ป้องกันการชาร์จไฟเกินและการคายประจุเกิน ป้องกันอุบัติเหตุด้านความปลอดภัย และยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ แน่นอนว่าวิธีการควบคุมภายนอกเหล่านี้มีผลกระทบในระดับหนึ่ง แต่การใช้อุปกรณ์เพิ่มเติมเหล่านี้ทำให้มีความซับซ้อนและมีต้นทุนการผลิตแบตเตอรี่เพิ่มมากขึ้น และไม่สามารถแก้ปัญหาความปลอดภัยของแบตเตอรี่ได้ทั้งหมด ดังนั้นจึงจำเป็นต้องสร้างกลไกการป้องกันความปลอดภัยที่แท้จริง

2.2 การปรับปรุงอิเล็กโทรไลต์อิเล็กโทรไลต์อิเล็กโทรไลต์เป็นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ลักษณะของอิเล็กโทรไลต์จะกำหนดประสิทธิภาพของแบตเตอรี่โดยตรง ความจุของแบตเตอรี่ ช่วงอุณหภูมิในการทำงาน ประสิทธิภาพรอบการทำงาน และประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยเป็นสิ่งสำคัญ ในปัจจุบัน ระบบโซลูชันอิเล็กโทรไลต์แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเชิงพาณิชย์ องค์ประกอบที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือ LIPF6 ไวนิลคาร์บอเนต และคาร์บอเนตเชิงเส้น

ด้านหน้าเป็นส่วนประกอบที่ขาดไม่ได้ และการใช้งานยังมีข้อจำกัดบางประการในแง่ของประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ด้วย ในเวลาเดียวกัน ตัวทำละลายคาร์บอเนตที่มีจุดเดือดต่ำและจุดวาบไฟต่ำจำนวนมากจะถูกใช้ในอิเล็กโทรไลต์ซึ่งจะมีอุณหภูมิต่ำกว่า แฟลช มีอันตรายเรื่องความปลอดภัยมาก

ดังนั้นนักวิจัยจำนวนมากจึงพยายามปรับปรุงระบบอิเล็กโทรไลต์เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยของอิเล็กโทรไลต์ ในกรณีที่วัสดุตัวหลักของแบตเตอรี่ (รวมถึงวัสดุอิเล็กโทรด วัสดุไดอะแฟรม วัสดุอิเล็กโทรไลต์) ไม่เปลี่ยนแปลงในระยะเวลาอันสั้น ความเสถียรของอิเล็กโทรไลต์ถือเป็นวิธีสำคัญในการเพิ่มความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน 2.

2.1 สารเติมแต่งฟังก์ชัน สารเติมแต่งฟังก์ชันจะมีขนาดยาที่น้อยลงและมีคุณสมบัติเฉพาะเจาะจง นั่นคือ สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพมหภาคบางประการของแบตเตอรี่ได้อย่างมีนัยสำคัญ โดยไม่ต้องเปลี่ยนกระบวนการผลิต โดยไม่ต้องเปลี่ยนหรือแทบไม่ต้องเปลี่ยนต้นทุนแบตเตอรี่ใหม่เลย

ดังนั้น สารเติมแต่งฟังก์ชันจึงกลายเป็นจุดสนใจในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในปัจจุบัน ซึ่งเป็นหนึ่งในทางเลือกที่มีแนวโน้มมากที่สุดที่เป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ก่อโรคได้มีแนวโน้มมากที่สุดในปัจจุบัน การใช้งานพื้นฐานของสารเติมแต่งคือเพื่อป้องกันไม่ให้อุณหภูมิของแบตเตอรี่สูงเกินไป และแรงดันไฟของแบตเตอรี่จะถูกจำกัดให้อยู่ในช่วงควบคุม ดังนั้นการออกแบบสารเติมแต่งจะต้องพิจารณาจากมุมมองของอุณหภูมิและศักยภาพในการชาร์จด้วย

สารเติมแต่งสารหน่วงการติดไฟ: สารเติมแต่งสารหน่วงการติดไฟสามารถแบ่งออกเป็นสารเติมแต่งสารหน่วงการติดไฟฟอสฟอรัสอินทรีย์ สารเติมแต่งสารหน่วงการติดไฟสารประกอบไนโตรเจน สารเติมแต่งสารหน่วงการติดไฟที่ทำจากซิลิกอน และสารเติมแต่งสารหน่วงการติดไฟแบบผสม 5 หมวดหมู่ที่สำคัญ สารหน่วงการติดไฟประเภทฟอสเฟตเซลล์อินทรีย์ ได้แก่ สารสำคัญ ได้แก่ อัลคิลฟอสเฟต อัลคิลฟอสไฟต์ ฟลูออรีนฟอสเฟต และสารประกอบฟอสเฟตไนไตรล์

กลไกหน่วงไฟเป็นสิ่งสำคัญต่อปฏิกิริยาลูกโซ่ของโมเลกุลหน่วงไฟที่รบกวนอนุมูลอิสระไฮโดรเจน ซึ่งเรียกอีกอย่างว่ากลไกการจับอนุมูลอิสระ การสลายตัวของก๊าซแบบเติมแต่งจะปลดปล่อยอนุมูลอิสระที่มีฟอสฟอรัส ซึ่งอนุมูลอิสระเหล่านี้มีความสามารถที่จะยุติปฏิกิริยาลูกโซ่ได้ สารหน่วงการติดไฟฟอสเฟต: ฟอสเฟตที่สำคัญ ไตรเอทิลฟอสเฟต (TEP) ไตรบิวทิลฟอสเฟต (TBP) ฯลฯ

สารประกอบฟอสเฟตไนไตรล์ เช่น เฮกซะเมทิลฟอสฟาซีน (HMPN), อัลคิลฟอสไฟต์ เช่น ไตรเมทิลฟอสไฟต์ (TMPI), สาม- (2,2,2-ไตรฟลูออโรเอทิล), ฟอสไฟต์ (TT- FP), ฟลูออรีเนตเต็ดเอสเทอร์ของกรด เช่น สาม-(2,2,2-ไตรฟลูออโรเอทิล) ฟอสเฟต (TFP), ได-(2,2,2-ไตรฟลูออโรเอทิล)-เมทิลฟอสเฟต (BMP), (2,2,2-ไตรฟลูออโรเอทิล) - ไดเอทิลฟอสเฟต (TDP), ฟีนิลฟอสเฟต (DPOF) ฯลฯ เป็นสารเติมแต่งหน่วงการติดไฟที่ดี โดยทั่วไปฟอสเฟตจะมีความหนืดค่อนข้างมาก มีเสถียรภาพทางเคมีไฟฟ้าต่ำ และการเติมสารหน่วงการติดไฟยังส่งผลเสียต่อการนำไอออนของอิเล็กโทรไลต์และการกลับคืนสู่สภาพเดิมของการไหลเวียนของอิเล็กโทรไลต์ในขณะที่เพิ่มการหักเหของแสงของอิเล็กโทรไลต์อีกด้วย

โดยทั่วไปจะเป็น: 1 มีปริมาณคาร์บอนของกลุ่มอัลคิลใหม่ 2 หมู่กลุ่มอะโรมาติก (ฟีนิล) แทนที่กลุ่มอัลคิล 3 ก่อตัวเป็นโครงสร้างวงแหวนฟอสเฟต วัสดุฮาโลเจนอินทรีย์ (ตัวทำละลายฮาโลเจน): สารหน่วงการติดไฟฮาโลเจนอินทรีย์มีความสำคัญต่อไข้หวัดใหญ่ไข้หวัดใหญ่ไข้หวัดใหญ่ไข้หวัดใหญ่ หลังจากที่ H ถูกแทนที่ด้วย F คุณสมบัติทางกายภาพก็เปลี่ยนไป เช่น จุดหลอมเหลวลดลง ความหนืดลดลง เสถียรภาพทางเคมีและไฟฟ้าเคมีดีขึ้น เป็นต้น

สารหน่วงไฟฮาโลเจนอินทรีย์มีความสำคัญในการรวมคาร์บอเนตฟลูออโรไซคลิก คาร์บอเนตโซ่ฟลูออโร และอัลคิลเพอร์ฟลูออโรเดเคนอีเธอร์ เป็นต้น OHMI และฟลูออโรเอทิลอีเธอร์เปรียบเทียบอื่นๆ สารประกอบฟลูออไรด์ที่มีฟลูออไรด์ แสดงให้เห็นว่าการเติม 33.3% (เศษส่วนปริมาตร) 0.

อิเล็กโทรไลต์ 67 mol / lliclo4 / Ec + DEC + PC (อัตราส่วนปริมาตร 1: 1: 1) มีจุดวาบไฟสูงกว่า โดยมีศักยภาพในการรีดักชันสูงกว่าตัวทำละลายอินทรีย์ EC, DEC และ PC ซึ่งสามารถสร้างฟิล์ม SEI บนพื้นผิวของกราไฟต์ธรรมชาติได้อย่างรวดเร็ว ช่วยปรับปรุงการชาร์จและการคายประจุครั้งแรกของ Cullen ให้มีประสิทธิภาพและความสามารถในการคายประจุได้ดีขึ้น ฟลูออไรด์เองไม่มีการใช้ฟังก์ชั่นการจับอนุมูลอิสระของสารหน่วงไฟดังที่ได้กล่าวมาข้างต้น โดยจะทำการเจือจางตัวทำละลายร่วมที่มีการระเหยและติดไฟได้ง่ายเท่านั้น ดังนั้น อัตราส่วนปริมาตรในอิเล็กโทรไลต์ส่วนใหญ่จะเป็น (70%) เมื่ออิเล็กโทรไลต์ไม่ติดไฟ สารหน่วงไฟแบบผสม: สารหน่วงไฟแบบผสมที่ใช้ในอิเล็กโทรไลต์ในปัจจุบันประกอบด้วยสารประกอบ PF และสารประกอบคลาส NP โดยสารที่เป็นตัวแทนได้แก่ เฮกซะเมทิลฟอสโฟไรด์ (HMPA) ฟลูออโรฟอสเฟต เป็นต้น

สารหน่วงไฟมีฤทธิ์หน่วงไฟโดยการใช้สารหน่วงไฟสองชนิดร่วมกัน FEI และคณะ เสนอสารหน่วงการติดไฟ NP สองชนิดคือ MEEP และ MEE โดยมีสูตรโมเลกุลแสดงอยู่ในรูปที่ 1

Licf3SO3 / MeEP :PC = 25:75 อิเล็กโทรไลต์สามารถลดการติดไฟได้ 90% และค่าการนำไฟฟ้าสามารถเข้าถึง 2.5 × 10-3S / cm 2) สารเติมแต่งชาร์จมากเกินไป: ปฏิกิริยาชุดหนึ่งจะเกิดขึ้นเมื่อแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถูกชาร์จมากเกินไป

ส่วนประกอบของอิเล็กโทรไลต์ (สิ่งสำคัญคือตัวทำละลาย) ที่แทรกซึมอยู่บนพื้นผิวของปฏิกิริยาการสลายตัวแบบออกซิเดชันที่พื้นผิวของอิเล็กโทรดบวก ทำให้เกิดแก๊สและปริมาณความร้อนที่ถูกปล่อยออกมา ส่งผลให้แรงดันภายในแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นและอุณหภูมิสูงขึ้น และความปลอดภัยของแบตเตอรี่ก็ได้รับผลกระทบอย่างรุนแรง จากกลไกของวัตถุประสงค์ สารเติมแต่งการป้องกันการโอเวอร์คาลมีความสำคัญต่อประเภทกำลังการลอกออกซิเดชันและประเภทการเกิดพอลิเมอไรเซชันทางไฟฟ้าสองประเภท จากชนิดของสารเติมแต่งสามารถแบ่งได้เป็น ลิเธียมฮาไลด์ สารประกอบเมทัลโลซีน

ในปัจจุบัน การใช้สารอะดาเพรส (BP) และไซโคลเฮกซิลเบนซีน (CHB) เพิ่มเติมที่เติมมากเกินไปในสารเติมแต่งป้องกันการโอเวอร์ชาร์ดแบบรีดอกซ์เป็นหลักการที่เมื่อแรงดันในการชาร์จเกินแรงดันตัดปกติ สารเติมแต่งจะเริ่มต้นที่ขั้วบวก ปฏิกิริยาออกซิเดชัน ผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันจะแพร่กระจายไปที่ขั้วลบ และเกิดปฏิกิริยารีดักชัน ออกซิเดชันจะปิดระหว่างขั้วบวกและขั้วลบ เพื่อดูดซับประจุส่วนเกิน

สารตัวแทนประกอบด้วยเฟอร์โรซีนและอนุพันธ์เฟอร์ริด 2,2-ไพริดีน และสารเชิงซ้อนของกลีโนลีนที่อยู่ติดกับ 1,10 ซึ่งเป็นอนุพันธ์ของไทออล สารเติมแต่งป้องกันการเกิดโพลิเมอไรเซชัน สารที่เป็นตัวแทน ได้แก่ ไซโคลเฮกซิลเบนซีน ไบฟีนิล และสารอื่นๆ

เมื่อใช้ไบฟีนิลเป็นสารเติมแต่งที่ชาร์จไว้ล่วงหน้า เมื่อแรงดันไฟฟ้าถึง 4.5 ถึง 4.7V ไบฟีนิลที่เพิ่มเข้าไปจะเกิดการโพลีเมอไรเซชันทางไฟฟ้าเคมี โดยสร้างชั้นของฟิล์มตัวนำบนพื้นผิวของอิเล็กโทรดบวก ทำให้ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้น จึงจำกัดการป้องกันกระแสชาร์จของแบตเตอรี่ได้

2.2.2 ไอออนของเหลว อิเล็กโทรไลต์ไอออนของเหลวประกอบด้วยหยินและเคไอออนอย่างสมบูรณ์

เนื่องจากปริมาณไอออนภายในหรือไอออนบวกมีความอ่อน ตัวกลางจึงอ่อน การกระจายตัวของอิเล็กตรอนไม่สม่ำเสมอ และอะตอม-เซนซูนสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระที่อุณหภูมิห้องซึ่งเป็นของเหลว สามารถแบ่งได้เป็น อิมิดาโซล ไพราโซล ไพริดีน เกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารี เป็นต้น เมื่อเทียบกับตัวทำละลายอินทรีย์ธรรมดาของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแล้ว ของเหลวไอออนิกจะมีข้อดี 5 ประการ คือ 1. มีเสถียรภาพทางความร้อนสูง ซึ่งที่อุณหภูมิ 200°C ไม่สามารถสลายตัวได้ 2. แรงดันไอเกือบ 0 ไม่ต้องกังวลเกี่ยวกับแบตเตอรี่ 3. ของเหลวไอออนิกไม่ติดไฟง่าย ไม่กัดกร่อน 4. มีการนำไฟฟ้าสูง 5. มีเสถียรภาพทางเคมีหรือไฟฟ้าเคมีดี

AN หรือรูปแบบที่คล้ายกัน PP13TFSI และ 1Mollipf6ec / Dec (1: 1) ลงในอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งสามารถให้ผลลัพธ์ที่ไม่ต้องใช้เชื้อเพลิงเลย และเพิ่มสารเติมแต่ง liboB 2% ตามน้ำหนักในระบบนี้เพื่อปรับปรุงความเข้ากันได้ของอินเทอร์เฟซอย่างมีนัยสำคัญ ปัญหาเดียวที่ต้องแก้ไขคือสภาพนำไฟฟ้าของไอออนในระบบอิเล็กโทรไลต์ 2.

2.3 การเลือกเสถียรภาพทางความร้อนของเกลือลิเธียมเฮกซะฟลูออโรฟอสเฟต (LiPF6) เป็นเกลือลิเธียมอิเล็กโทรไลต์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วไป แม้ว่าลักษณะเดียวของมันจะไม่เหมาะสมที่สุด แต่ประสิทธิภาพโดยรวมนั้นก็ถือว่าได้เปรียบที่สุด

อย่างไรก็ตาม LiPF6 ก็มีข้อเสียเช่นกัน ตัวอย่างเช่น LiPF6 ไม่เสถียรทางเคมีและเทอร์โมไดนามิกส์ และปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น: LIPF (6S) → LIF (S) + PF (5G) ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น PF5 สามารถโจมตีตัวทำละลายอินทรีย์ในอะตอมออกซิเจนได้ง่าย โดยเป็นปฏิกิริยาที่เกิดกับอิเล็กตรอน ส่งผลให้เกิดการเกิดพอลิเมอไรเซชันแบบวงเปิดและพันธะอีเธอร์ของตัวทำละลาย ปฏิกิริยานี้ร้ายแรงเป็นพิเศษที่อุณหภูมิสูง การวิจัยปัจจุบันเกี่ยวกับเกลืออิเล็กโทรไลต์อุณหภูมิสูงมุ่งเน้นไปที่แหล่งเกลือลิเธียมอินทรีย์ สารตัวแทนมีความสำคัญกับเกลือที่ทำจากโบรอนและเกลือลิเธียมที่ทำจากอิมีน

LIB (C2O4) 2 (liboB) คือเกลืออิเล็กโทรไลต์ที่สังเคราะห์ใหม่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมหลายประการ เช่น สามารถสลายตัวที่อุณหภูมิ 302°C สามารถสร้างฟิล์ม SEI ที่เสถียรในอิเล็กโทรดลบได้ ปรับปรุงประสิทธิภาพของกราไฟต์ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่ใช้พีซี แต่มีความหนืดสูง จึงทำให้เกิดอิมพีแดนซ์ของฟิล์ม SEI [14]

อุณหภูมิการสลายตัวของ LIN (SO2CF3) 2 (Litfsi) อยู่ที่ 360°C และค่าการนำไอออนที่อุณหภูมิปกติต่ำกว่า LiPF6 เล็กน้อย เสถียรภาพทางเคมีไฟฟ้าดี และศักย์ออกซิเดชันอยู่ที่ประมาณ 5.0V ซึ่งเป็นเกลือลิเธียมอินทรีย์ที่สุด แต่สารตั้งต้น Al จะกัดกร่อนของเหลวอย่างรุนแรง

2.2.4 โพลิเมอร์อิเล็กโทรไลต์ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วไปจำนวนมากใช้ตัวทำละลายคาร์บอเนตที่ติดไฟและระเหยได้ หากการรั่วไหลมีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดไฟไหม้

นี่เป็นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทรงพลังที่มีความจุสูง ความหนาแน่นพลังงานสูง แทนที่จะใช้สารอิเล็กโทรไลต์โพลิเมอร์ที่ไร้คุณภาพแทนสารอิเล็กโทรไลต์ของเหลวอินทรีย์ที่ติดไฟได้ มันสามารถปรับปรุงความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้อย่างมาก การวิจัยเกี่ยวกับโพลิเมอร์อิเล็กโทรไลต์ โดยเฉพาะโพลิเมอร์อิเล็กโทรไลต์ชนิดเจล มีความก้าวหน้าอย่างมาก

ปัจจุบันได้รับการนำมาใช้ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเชิงพาณิชย์สำเร็จแล้ว เมื่อจำแนกตามประเภทของโพลิเมอร์แล้ว อิเล็กโทรไลต์โพลิเมอร์แบบเจลมีความสำคัญในสามหมวดหมู่ต่อไปนี้: อิเล็กโทรไลต์โพลิเมอร์แบบ PAN อิเล็กโทรไลต์โพลิเมอร์แบบ PMMA และอิเล็กโทรไลต์โพลิเมอร์แบบ PVDF อย่างไรก็ตาม อิเล็กโทรไลต์โพลิเมอร์ชนิดเจลนั้น เป็นผลจากการผสมผสานระหว่างอิเล็กโทรไลต์โพลิเมอร์แบบแห้งและอิเล็กโทรไลต์ของเหลว โดยแบตเตอรี่โพลิเมอร์ชนิดเจลยังคงต้องมีการปรับปรุงอีกมาก

2.3 วัสดุบวกสามารถระบุได้ว่าวัสดุอิเล็กโทรดบวกไม่เสถียรเมื่อแรงดันสถานะการชาร์จอยู่เหนือ 4V และสามารถสร้างความร้อนได้ง่ายเมื่อละลายในอุณหภูมิสูงเพื่อสลายออกซิเจน ออกซิเจนและตัวทำละลายอินทรีย์ยังคงทำปฏิกิริยากับความร้อนจำนวนมากและก๊าซอื่นๆ ทำให้ความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลดลง [2, 17-19] ดังนั้นปฏิกิริยาระหว่างขั้วบวกกับอิเล็กโทรไลต์จึงถือเป็นสาเหตุสำคัญของความร้อน

เกี่ยวกับวัสดุปกติ ปรับปรุงวิธีการทั่วไปของความปลอดภัยคือการปรับเปลี่ยนการเคลือบ สำหรับการเคลือบผิววัสดุอิเล็กโทรดบวกด้วย MgO, A12O3, SiO2, TiO2, ZnO, SnO2, ZrO2 ฯลฯ สามารถลดปฏิกิริยาของอิเล็กโทรไลต์บวกและอิเล็กโทรไลต์ด้านหลัง Die + ได้ ในขณะที่ลดโครมาโทกราฟีของอิเล็กโทรดบวกลง ทำให้ยับยั้งการเปลี่ยนเฟสของสารอิเล็กโทรดบวกได้

ปรับปรุงเสถียรภาพทางโครงสร้าง ลดความต้านทานต่อความไม่เป็นระเบียบของไอออนบวกในโครงตาข่าย จึงลดปฏิกิริยาที่สองของกระบวนการหมุนเวียน 2.4 ในปัจจุบันวัสดุคาร์บอนใช้พื้นผิวจำเพาะต่ำ แพลตฟอร์มการชาร์จและการปล่อยประจุที่สูงกว่า แพลตฟอร์มการชาร์จและการปล่อยประจุขนาดเล็ก เสถียรภาพทางความร้อนที่ค่อนข้างสูง สถานะทางความร้อนที่ค่อนข้างดี เสถียรภาพทางความร้อนค่อนข้างสูง เสถียรภาพทางความร้อนค่อนข้างสูง เสถียรภาพทางความร้อนค่อนข้างสูง

เช่น ไมโครสเฟียร์คาร์บอนเฟสกลาง (MCMB) หรือ Li9Ti5o12 ของโครงสร้างสปิเนล ซึ่งดีกว่าเสถียรภาพเชิงโครงสร้างของกราไฟท์แบบแผ่น [20] วิธีปัจจุบันในการปรับปรุงประสิทธิภาพของวัสดุคาร์บอนนั้นมีความสำคัญต่อการปรับสภาพพื้นผิว (การออกซิเดชันพื้นผิว การฮาโลเจนบนพื้นผิว การหุ้มด้วยคาร์บอน การเคลือบโลหะ ออกไซด์ของโลหะ การเคลือบโพลีเมอร์) หรือการแนะนำการเจือปนด้วยโลหะหรือไม่ใช่โลหะ 2.

5 ไดอะแฟรมที่ใช้ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเชิงพาณิชย์ในปัจจุบันยังคงเป็นวัสดุโพลีโอเลฟิน และมีข้อเสียที่สำคัญคือความร้อนและการแทรกซึมของของเหลวอิเล็กโทรไลต์ไม่ดี เพื่อแก้ไขข้อบกพร่องเหล่านี้ นักวิจัยได้ลองหลายวิธี เช่น การค้นหาวัสดุที่มีเสถียรภาพทางความร้อน หรือการเพิ่มผงนาโน Al2O3 หรือ SiO2 ในปริมาณเล็กน้อย ซึ่งไม่เพียงแต่มีไดอะแฟรมทั่วไปเท่านั้น แต่ยังมีเสถียรภาพทางความร้อนของวัสดุอิเล็กโทรดบวกอีกด้วย ใช้.

MIAO et al, การผลิตวัสดุแบบไม่ทอนาโนโพลิอิไมด์โดยวิธีการปั่นไฟฟ้าสถิต ลักษณะเฉพาะแบบ DR และ TGA แสดงให้เห็นว่าไม่เพียงแค่รักษาเสถียรภาพทางความร้อนที่อุณหภูมิ 500°C ได้เท่านั้น แต่ยังมีความสามารถในการแทรกซึมของอิเล็กโทรไลต์ที่ดีกว่าเมื่อเทียบกับไดอะแฟรม CELGARD อีกด้วย WANG และคณะได้เตรียมเมมเบรนพรุนขนาดเล็กระดับนาโน AL2O3-PVDF ซึ่งแสดงคุณสมบัติทางเคมีไฟฟ้าที่ดีและเสถียรภาพทางความร้อน ตอบสนองการใช้งานของตัวแยกแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

3 สรุปและคาดหวังแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสำหรับยานพาหนะไฟฟ้าและแหล่งกักเก็บพลังงานซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กมาก และสภาพแวดล้อมการใช้งานมีความซับซ้อนมากขึ้น โดยสรุป เราจะเห็นได้ว่าความปลอดภัยนั้นยังห่างไกลจากการแก้ไข และได้กลายเป็นปัญหาคอขวดทางเทคนิคในปัจจุบัน งานถัดไปควรเจาะลึกถึงผลทางความร้อนที่แบตเตอรี่อาจส่งผลต่อหลังจากการทำงานที่ผิดปกติ และค้นหาวิธีที่มีประสิทธิภาพในการปรับปรุงประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

ปัจจุบัน การใช้ตัวทำละลายที่ประกอบด้วยฟลูออรีนและสารหน่วงการติดไฟถือเป็นแนวทางสำคัญในการพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนประเภทปลอดภัย การสร้างสมดุลระหว่างประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าและความปลอดภัยที่อุณหภูมิสูงจะเป็นหัวข้อหลักของการวิจัยในอนาคต ตัวอย่างเช่น มีการพัฒนาชุดรวมสารหน่วงไฟแบบคอมโพสิตประสิทธิภาพสูง P, N, F และ CL และตัวทำละลายอินทรีย์ที่มีจุดเดือดสูง จุดวาบไฟสูง และผลิตสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่มีประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยสูง

สารหน่วงไฟแบบคอมโพสิตและสารเติมแต่งที่มีฟังก์ชันคู่ก็จะกลายเป็นแนวโน้มของการพัฒนาในอนาคต ในส่วนของวัสดุอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน คุณสมบัติทางเคมีบนพื้นผิวของวัสดุมีความแตกต่างกัน ระดับความไวของวัสดุอิเล็กโทรดต่อศักย์การชาร์จและการคายประจุไม่สม่ำเสมอ และไม่สามารถใช้สารอิเล็กโทรด / อิเล็กโทรไลต์ / สารเติมแต่งเพียงชนิดเดียวหรือหลายชนิดกับโครงสร้างแบตเตอรี่ทั้งหมดได้ ดังนั้นในอนาคตเราควรมุ่งเน้นการพัฒนาระบบแบตเตอรี่ที่แตกต่างกันสำหรับวัสดุอิเล็กโทรดเฉพาะ

พร้อมกันนี้ ยังได้พัฒนาระบบแบตเตอรี่โพลีเมอร์ลิเธียมไอออนที่มีความปลอดภัยสูง หรือการพัฒนาอิเล็กโทรไลต์ของแข็งอนินทรีย์ที่มีการนำไอออนบวกเดี่ยวและขนส่งไอออนได้เร็ว และทนความร้อนได้สูง นอกจากนี้ การปรับปรุงประสิทธิภาพของของเหลวไอออนิก การพัฒนาระบบสังเคราะห์ที่เรียบง่ายและราคาถูกยังถือเป็นส่วนสำคัญของการวิจัยในอนาคตอีกด้วย