Materials for lithium-ion battery safety

អរូបី

ថ្ម Lithium-ion (LIBs) ត្រូវបានចាត់ទុកថាជាបច្ចេកវិទ្យាផ្ទុកថាមពលដ៏សំខាន់បំផុតមួយ។នៅពេលដែលដង់ស៊ីតេថាមពលនៃថ្មកើនឡើង សុវត្ថិភាពថ្មកាន់តែមានសារៈសំខាន់ ប្រសិនបើថាមពលត្រូវបានបញ្ចេញដោយអចេតនា។ឧបទ្ទវហេតុទាក់ទងនឹងអគ្គីភ័យ និងការផ្ទុះ LIBs កើតឡើងជាញឹកញាប់នៅទូទាំងពិភពលោក។មួយចំនួនបានបង្កការគំរាមកំហែងយ៉ាងធ្ងន់ធ្ងរដល់អាយុជីវិត និងសុខភាពមនុស្ស ហើយបាននាំឱ្យមានការប្រមូលផលិតផលជាច្រើនដោយក្រុមហ៊ុនផលិត។ឧប្បត្តិហេតុទាំងនេះគឺជាការរំលឹកថាសុវត្ថិភាពគឺជាតម្រូវការជាមុនសម្រាប់ថ្ម ហើយបញ្ហាធ្ងន់ធ្ងរចាំបាច់ត្រូវដោះស្រាយមុនពេលកម្មវិធីអនាគតនៃប្រព័ន្ធថ្មថាមពលខ្ពស់។ការពិនិត្យឡើងវិញនេះមានគោលបំណងសង្ខេបពីមូលដ្ឋានគ្រឹះនៃប្រភពដើមនៃបញ្ហាសុវត្ថិភាព LIB និងបង្ហាញពីវឌ្ឍនភាពសំខាន់ៗថ្មីៗក្នុងការរចនាសម្ភារៈដើម្បីកែលម្អសុវត្ថិភាព LIB ។យើងរំពឹងថាការពិនិត្យឡើងវិញនេះនឹងជំរុញឱ្យមានការកែលម្អបន្ថែមទៀតនៅក្នុងសុវត្ថិភាពថ្ម ជាពិសេសសម្រាប់ LIBs ដែលកំពុងរីកចម្រើនដែលមានដង់ស៊ីតេថាមពលខ្ពស់។

ប្រភពដើមនៃបញ្ហាសុវត្ថិភាព LIB

អេឡិចត្រូលីតរាវសរីរាង្គនៅខាងក្នុង LIBs គឺងាយឆេះ។ការបរាជ័យដ៏មហន្តរាយបំផុតមួយនៃប្រព័ន្ធ LIB គឺព្រឹត្តិការណ៍រត់គេចខ្លួនដោយកម្ដៅដែលត្រូវបានចាត់ទុកថាជាមូលហេតុចម្បងនៃការព្រួយបារម្ភអំពីសុវត្ថិភាពថ្ម។ជាទូទៅ ការរត់ចេញដោយកម្ដៅកើតឡើងនៅពេលដែលមានប្រតិកម្មខាងក្រៅចេញពីការគ្រប់គ្រង។នៅពេលដែលសីតុណ្ហភាពរបស់ថ្មកើនឡើងដល់លើសពី ~80°C អត្រាប្រតិកម្មគីមីខាងក្រៅនៅក្នុងអាគុយកើនឡើង និងធ្វើឱ្យកោសិកាកាន់តែក្តៅ ដែលបណ្តាលឱ្យមានវដ្តនៃមតិត្រឡប់វិជ្ជមាន។សីតុណ្ហភាពកើនឡើងជាបន្តបន្ទាប់អាចបណ្តាលឱ្យមានអគ្គីភ័យ និងការផ្ទុះ ជាពិសេសសម្រាប់កញ្ចប់ថ្មធំ។ដូច្នេះ ការយល់ដឹងអំពីមូលហេតុ និងដំណើរការនៃកំដៅរត់ចេញក្រៅ អាចណែនាំការរចនាសម្ភារៈមុខងារ ដើម្បីកែលម្អសុវត្ថិភាព និងភាពជឿជាក់នៃ LIBs ។ដំណើរការរត់ចេញដោយកំដៅអាចបែងចែកជាបីដំណាក់កាល ដូចដែលបានសង្ខេបនៅក្នុងរូប ១.

រូបទី 1 ដំណាក់កាលបីសម្រាប់ដំណើរការរត់ចេញដោយកម្ដៅ។

ដំណាក់កាលទី 1: ការចាប់ផ្តើមនៃការឡើងកំដៅ។ថ្មផ្លាស់ប្តូរពីធម្មតាទៅស្ថានភាពមិនប្រក្រតី ហើយសីតុណ្ហភាពខាងក្នុងចាប់ផ្តើមកើនឡើង។ដំណាក់កាលទី 2: ការប្រមូលផ្តុំកំដៅ និងដំណើរការបញ្ចេញឧស្ម័ន។សីតុណ្ហភាពខាងក្នុងកើនឡើងយ៉ាងឆាប់រហ័ស ហើយថ្មមានប្រតិកម្មពីខាងក្រៅ។ដំណាក់កាលទី 3: ការឆេះនិងការផ្ទុះ។អេឡិចត្រូលីតដែលអាចឆេះបាន នាំឱ្យឆេះ និងសូម្បីតែការផ្ទុះ។

ការចាប់ផ្តើមនៃការឡើងកំដៅ (ដំណាក់កាលទី 1)

ការរត់ចេញពីកំដៅចាប់ផ្តើមពីការឡើងកំដៅនៃប្រព័ន្ធថ្ម។ការឡើងកំដៅខ្លាំងដំបូងអាចកើតឡើងជាលទ្ធផលនៃថ្មត្រូវបានសាកលើសពីវ៉ុលដែលបានរចនាឡើង (ការបញ្ចូលថាមពលលើស) ការប៉ះពាល់នឹងសីតុណ្ហភាពខ្លាំងពេក សៀគ្វីខ្លីខាងក្រៅដោយសារខ្សែភ្លើងខុស ឬសៀគ្វីខ្លីខាងក្នុងដោយសារបញ្ហាកោសិកា។ក្នុងចំណោមពួកគេ ការខ្លីខាងក្នុងគឺជាហេតុផលចម្បងសម្រាប់ការរត់ចេញដោយកម្ដៅ ហើយពិបាកគ្រប់គ្រងណាស់។ភាពខ្លីខាងក្នុងអាចកើតឡើងក្នុងកាលៈទេសៈនៃការកំទេចកោសិកា ដូចជាការជ្រៀតចូលនៃកំទេចកំទីលោហៈខាងក្រៅ។ការប៉ះទង្គិចរថយន្ត;ការបង្កើតលីចូម dendrite នៅក្រោមការសាកថ្មដែលមានដង់ស៊ីតេបច្ចុប្បន្នខ្ពស់ នៅក្រោមលក្ខខណ្ឌនៃការបញ្ចូលថ្មលើស ឬនៅសីតុណ្ហភាពទាប។និងឧបករណ៍បំបែកកំហុសដែលបានបង្កើតកំឡុងពេលដំឡើងថ្ម ដើម្បីដាក់ឈ្មោះមួយចំនួន។ជាឧទាហរណ៍ នៅដើមខែតុលា ឆ្នាំ 2013 រថយន្ត Tesla នៅជិតទីក្រុង Seattle បានបុកកំទេចកំទីដែកដែលទម្លុះខែល និងកញ្ចប់ថ្ម។កំទេចកំទីបានជ្រាបចូលទៅក្នុងឧបករណ៍បំបែកវត្ថុធាតុ polymer និងភ្ជាប់ដោយផ្ទាល់ទៅនឹង cathode និង anode ដែលបណ្តាលឱ្យថ្មមានចរន្តខ្លីនិងឆេះ។ក្នុងឆ្នាំ 2016 ការឆេះថ្មរបស់ Samsung Note 7 គឺដោយសារតែឧបករណ៍បំបែក ultrathin យ៉ាងធ្ងន់ធ្ងរ ដែលងាយរងការខូចខាតដោយសម្ពាធខាងក្រៅ ឬការផ្សារដែកនៅលើអេឡិចត្រូតវិជ្ជមាន ដែលបណ្តាលឱ្យថ្មមានចរន្តខ្លី។

ក្នុងអំឡុងពេលដំណាក់កាលទី 1 ប្រតិបត្តិការថ្មផ្លាស់ប្តូរពីធម្មតាទៅស្ថានភាពមិនប្រក្រតី ហើយបញ្ហាទាំងអស់ដែលបានរាយបញ្ជីខាងលើនឹងធ្វើឱ្យថ្មឡើងកំដៅ។នៅពេលដែលសីតុណ្ហភាពខាងក្នុងចាប់ផ្តើមកើនឡើង ដំណាក់កាលទី 1 បញ្ចប់ ហើយដំណាក់កាលទី 2 ចាប់ផ្តើម។

ដំណើរការនៃការប្រមូលផ្តុំកំដៅ និងការបញ្ចេញឧស្ម័ន (ដំណាក់កាលទី 2)

នៅពេលដែលដំណាក់កាលទី 2 ចាប់ផ្តើម សីតុណ្ហភាពខាងក្នុងកើនឡើងយ៉ាងឆាប់រហ័ស ហើយថ្មមានប្រតិកម្មដូចខាងក្រោម (ប្រតិកម្មទាំងនេះមិនកើតឡើងតាមលំដាប់ជាក់លាក់ទេ ពួកវាខ្លះអាចកើតឡើងក្នុងពេលដំណាលគ្នា)៖

(1) ការរលាយនៃអេឡិចត្រូលីតរឹង (SEI) ដោយសារតែការឡើងកំដៅខ្លាំងឬការជ្រៀតចូលរាងកាយ។ស្រទាប់ SEI ភាគច្រើនមានស្ថេរភាព (ដូចជា LiF និង Li2CO3) និងសមាសធាតុដែលអាចបំប្លែងបាន [ដូចជាប៉ូលីមែរ ROCO2Li (CH2OCO2Li)2 និង ROLi]។ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ សមាសធាតុដែលអាចបំប្លែងបានអាចរលួយដោយកំដៅនៅសីតុណ្ហភាពប្រហែល>90°C ដោយបញ្ចេញឧស្ម័នងាយឆេះ និងអុកស៊ីសែន។យក (CH2OCO2Li)2 ជាឧទាហរណ៍

(CH2OCO2Li)2→Li2CO3+C2H4+CO2+0.5O2

(2) ជាមួយនឹងការរលាយនៃ SEI សីតុណ្ហភាពកើនឡើង ហើយលោហៈលីចូម ឬលីចូម intercalated នៅក្នុង anode នឹងមានប្រតិកម្មជាមួយនឹងសារធាតុរំលាយសរីរាង្គនៅក្នុងអេឡិចត្រូលីត ដោយបញ្ចេញឧស្ម័នអ៊ីដ្រូកាបូនដែលអាចឆេះបាន (អេតាន មេតាន និងផ្សេងៗទៀត)។នេះគឺជាប្រតិកម្មខាងក្រៅដែលជំរុញឱ្យសីតុណ្ហភាពកើនឡើងបន្ថែមទៀត។

(3) ពេលណាT> ~130°C ឧបករណ៍បំបែកប៉ូលីអេទីឡែន (PE)/ប៉ូលីភីលីន (PP) ចាប់ផ្តើមរលាយ ដែលធ្វើអោយស្ថានភាពកាន់តែយ៉ាប់យ៉ឺន និងបណ្តាលឱ្យមានសៀគ្វីខ្លីរវាង cathode និង anode ។

(4) នៅទីបំផុត កំដៅបណ្តាលឱ្យខូចទ្រង់ទ្រាយនៃសារធាតុ cathode លោហធាតុលីចូម ហើយជាលទ្ធផលបញ្ចេញអុកស៊ីហ្សែន។យក LiCoO2 ជាឧទាហរណ៍ ដែលអាចរលួយចាប់ផ្តើមនៅ ~180°C ដូចខាងក្រោម

ការបំបែក cathode ក៏មានកំដៅខ្លាំងផងដែរ ដែលបង្កើនសីតុណ្ហភាព និងសម្ពាធ ហើយជាលទ្ធផល បង្កើនល្បឿនប្រតិកម្មបន្ថែមទៀត។

ក្នុងដំណាក់កាលទី 2 សីតុណ្ហភាពកើនឡើង ហើយអុកស៊ីសែនកកកុញនៅខាងក្នុងថ្ម។ដំណើរការរត់ចេញដោយកម្ដៅដំណើរការពីដំណាក់កាលទី 2 ដល់ដំណាក់កាលទី 3 ដរាបណាអុកស៊ីសែន និងកំដៅបានប្រមូលផ្តុំគ្រប់គ្រាន់សម្រាប់ការដុតថ្ម។

ការឆេះនិងការផ្ទុះ (ដំណាក់កាលទី 3)

នៅដំណាក់កាលទី 3 ការឆេះចាប់ផ្តើម។អេឡិចត្រូលីតនៃ LIBs គឺជាសារធាតុសរីរាង្គ ដែលជាការរួមផ្សំស្ទើរតែជាសកលនៃកាបូនអ៊ីដ្រាតអាល់គីល និងលីនេអ៊ែរ។ពួកវាមានភាពប្រែប្រួលខ្ពស់ ហើយខាងក្នុងគឺងាយឆេះខ្លាំង។ការយកអេឡិចត្រូលីតកាបូនដែលគេនិយមប្រើ [ល្បាយនៃអេទីឡែនកាបូន (EC) + ឌីមេទីលកាបូណាត (DMC) (1:1 ដោយទម្ងន់)] ជាឧទាហរណ៍ វាបង្ហាញសម្ពាធចំហាយ 4.8 kPa នៅសីតុណ្ហភាពបន្ទប់ និងចំណុចពន្លឺទាបខ្លាំង 25° ± 1°C នៅសម្ពាធខ្យល់ 1.013 bar ។អុកស៊ីសែន និងកំដៅដែលបានបញ្ចេញក្នុងដំណាក់កាលទី 2 ផ្តល់នូវលក្ខខណ្ឌចាំបាច់សម្រាប់ការដុតបំផ្លាញនៃអេឡិចត្រូលីតសរីរាង្គដែលងាយឆេះ ដោយហេតុនេះបង្កឱ្យមានគ្រោះថ្នាក់ដល់ការឆេះ ឬផ្ទុះ។

នៅដំណាក់កាលទី 2 និងទី 3 ប្រតិកម្មខាងក្រៅកើតឡើងក្រោមលក្ខខណ្ឌជិត adiabatic ។ដូច្នេះ អត្រាកាឡូរីដែលបានពន្លឿន (ARC) គឺជាបច្ចេកទេសដែលប្រើយ៉ាងទូលំទូលាយដែលក្លែងធ្វើបរិយាកាសខាងក្នុង LIBs ដែលសម្របសម្រួលការយល់ដឹងរបស់យើងអំពី kinetics ប្រតិកម្មកម្ដៅ។រូបភាពទី 2បង្ហាញខ្សែកោង ARC ធម្មតានៃ LIB ដែលបានកត់ត្រាអំឡុងពេលធ្វើតេស្តការបំពានកម្ដៅ។ការក្លែងធ្វើសីតុណ្ហភាពកើនឡើងក្នុងដំណាក់កាលទី 2 ប្រភពខាងក្រៅនៃកំដៅបង្កើនសីតុណ្ហភាពថ្មដល់សីតុណ្ហភាពចាប់ផ្តើម។លើសពីសីតុណ្ហភាពនេះ SEI decomposes ដែលនឹងបង្កឱ្យមានប្រតិកម្មគីមី exothermic កាន់តែច្រើន។នៅទីបំផុតឧបករណ៍បំបែកនឹងរលាយ។អត្រាកំដៅដោយខ្លួនឯងនឹងកើនឡើងនៅពេលក្រោយ ដែលនាំទៅដល់ការហូរចេញនៃកម្ដៅ (នៅពេលដែលអត្រាកំដៅដោយខ្លួនឯងគឺ> 10°C/min) និងការចំហេះអេឡិចត្រូលីត (ដំណាក់កាលទី 3)។

anode គឺ mesocarbon microbead graphite ។cathode គឺ LiNi0.8Co0.05Al0.05O2 ។អេឡិចត្រូលីតគឺ 1.2 M LiPF6 នៅក្នុង EC/PC/DMC ។ឧបករណ៍បំបែកត្រីកោណ Celgard 2325 ត្រូវបានប្រើប្រាស់។កែសម្រួលដោយមានការអនុញ្ញាតពី Electrochemical Society Inc.

គួរកត់សំគាល់ថា ប្រតិកម្មដែលបានបង្ហាញខាងលើមិនកើតឡើងយ៉ាងតឹងរ៉ឹងម្តងមួយៗតាមលំដាប់ដែលបានផ្តល់ឱ្យនោះទេ។ពួកគេជាបញ្ហាស្មុគស្មាញ និងជាប្រព័ន្ធ។

សម្ភារៈដែលមានសុវត្ថិភាពថ្មដែលប្រសើរឡើង

ដោយផ្អែកលើការយល់ដឹងអំពីការរត់ចេញពីថ្ម វិធីសាស្រ្តជាច្រើនកំពុងត្រូវបានសិក្សា ដោយមានគោលបំណងកាត់បន្ថយគ្រោះថ្នាក់សុវត្ថិភាពតាមរយៈការរចនាសមហេតុផលនៃសមាសធាតុថ្ម។នៅក្នុងផ្នែកដែលទទួលបានជោគជ័យ យើងសង្ខេបវិធីសាស្រ្តសម្ភារៈផ្សេងៗក្នុងការកែលម្អសុវត្ថិភាពថ្ម ការដោះស្រាយបញ្ហាដែលត្រូវគ្នាទៅនឹងដំណាក់កាលនៃការរត់ចេញដោយកម្ដៅផ្សេងៗគ្នា។

ដើម្បីដោះស្រាយបញ្ហាក្នុងដំណាក់កាលទី 1 (ការចាប់ផ្តើមនៃការឡើងកំដៅ)

សមា្ភារៈ anode ដែលអាចជឿទុកចិត្តបាន។ការបង្កើត Li dendrite នៅលើ anode នៃ LIB ចាប់ផ្តើមដំណាក់កាលដំបូងនៃការរត់ចេញពីកំដៅ។ទោះបីជាបញ្ហានេះត្រូវបានកាត់បន្ថយនៅក្នុង anodes នៃ LIBs ពាណិជ្ជកម្ម (ឧទាហរណ៍ anodes carbonaceous) ការបង្កើត Li dendrite មិនត្រូវបានរារាំងទាំងស្រុងនោះទេ។ឧទាហរណ៍ នៅក្នុង LIBs ពាណិជ្ជកម្ម ការទម្លាក់ dendrite កើតឡើងជាអាទិភាពនៅគែមអេឡិចត្រូតក្រាហ្វិច ប្រសិនបើ anodes និង cathodes មិនត្រូវបានផ្គូផ្គងបានល្អ។លើសពីនេះ លក្ខខណ្ឌប្រតិបត្តិការមិនត្រឹមត្រូវនៃ LIBs ក៏អាចបណ្តាលឱ្យមានស្រទាប់លោហៈ Li ជាមួយនឹងការលូតលាស់របស់ dendrite ។វាត្រូវបានគេស្គាល់យ៉ាងច្បាស់ថា dendrite អាចបង្កើតបានយ៉ាងងាយស្រួល ប្រសិនបើថ្មត្រូវបានសាក (i) នៅដង់ស៊ីតេបច្ចុប្បន្នខ្ពស់ ដែលការរលាយលោហៈ Li គឺលឿនជាងការសាយភាយនៃ Li ions នៅក្នុងក្រាហ្វិចភាគច្រើន។(ii) នៅក្រោមលក្ខខណ្ឌនៃការគិតថ្លៃលើសនៅពេលដែល graphite ត្រូវបាន overlithiated;និង (iii) នៅសីតុណ្ហភាពទាប [ឧទាហរណ៍ សីតុណ្ហភាព subambient (~0°C)] ដោយសារតែការកើនឡើង viscosity នៃអេឡិចត្រូលីតរាវ និងការកើនឡើងភាពធន់នឹងការសាយភាយ Li-ion ។

តាមទស្សនៈនៃលក្ខណៈសម្បត្តិសម្ភារៈ ប្រភពដើមនៃឫសដែលកំណត់ការចាប់ផ្តើមនៃការលូតលាស់ Li dendrite នៅលើ anode គឺ SEI មិនស្ថិតស្ថេរ និងមិនមានឯកសណ្ឋាន ដែលបណ្តាលឱ្យមានការចែកចាយចរន្តក្នុងស្រុកមិនស្មើគ្នា។សមាសធាតុអេឡិចត្រូលីត ជាពិសេសសារធាតុបន្ថែមត្រូវបានស៊ើបអង្កេតដើម្បីកែលម្អឯកសណ្ឋាន SEI និងលុបបំបាត់ការបង្កើត Li dendrite។សារធាតុបន្ថែមធម្មតារួមមានសមាសធាតុអសរីរាង្គ [ឧទាហរណ៍ CO2 , LiI ។ម៉ូលេគុលវដ្តមិនស្ថិតស្ថេរដូចជា butyrolactone អេទីឡែនស៊ុលហ្វីត និងនិស្សន្ទវត្ថុរបស់វា;និងសមាសធាតុ fluorinated ដូចជា fluoroethylene carbonate ក្នុងចំណោមអ្នកដទៃទៀត។សូម្បីតែនៅកម្រិតផ្នែកក្នុងមួយលានក៏ដោយ ម៉ូលេគុលទាំងនេះនៅតែអាចធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវ morphology របស់ SEI ដូច្នេះវាធ្វើឱ្យមានភាពដូចគ្នានៃលំហូរ Li-ion និងលុបបំបាត់លទ្ធភាពនៃការបង្កើត Li dendrite ។

សរុបមក បញ្ហាប្រឈម Li dendrite នៅតែមាននៅក្នុង graphite ឬ carbonaceous anodes និង silicon/SiO ដែលមាន anodes ជំនាន់ក្រោយ។ការដោះស្រាយបញ្ហានៃកំណើន Li dendrite គឺជាបញ្ហាប្រឈមដែលមានសារៈសំខាន់សម្រាប់ការសម្របខ្លួននៃគីមីវិទ្យា Li-ion ដង់ស៊ីតេថាមពលខ្ពស់នាពេលអនាគតដ៏ខ្លី។គួរកត់សំគាល់ថា ថ្មីៗនេះ កិច្ចខិតខំប្រឹងប្រែងសន្ធឹកសន្ធាប់ត្រូវបានឧទ្ទិសដល់ការដោះស្រាយបញ្ហានៃការបង្កើត Li dendrite នៅក្នុង anodes លោហធាតុ Li សុទ្ធ ដោយការធ្វើ homogenizing លំហូរ Li-ion ក្នុងអំឡុងពេល Li deposition ។ឧទាហរណ៍ ការស្រោបស្រទាប់ការពារ វិស្វកម្ម SEI សិប្បនិម្មិត ជាដើម។ នៅក្នុងទិដ្ឋភាពនេះ វិធីសាស្រ្តមួយចំនួនអាចបង្ហាញពន្លឺអំពីរបៀបដោះស្រាយបញ្ហានៅលើ anodes carbonaceous នៅក្នុង LIBs ផងដែរ។

អេឡិចត្រូលីតរាវពហុមុខងារ និងឧបករណ៍បំបែក.អេឡិចត្រូលីតរាវ និងឧបករណ៍បំបែកដើរតួនាទីយ៉ាងសំខាន់ក្នុងការបំបែក cathode និង anode ដែលមានថាមពលខ្ពស់។ដូច្នេះ អេឡិចត្រូលីតពហុមុខងារ និងឧបករណ៍បំបែកដែលបានរចនាឡើងយ៉ាងល្អអាចការពារថ្មយ៉ាងសំខាន់នៅដំណាក់កាលដំបូងនៃការរត់ចេញពីកម្ដៅថ្ម (ដំណាក់កាលទី 1) ។

ដើម្បីការពារថ្មពីការកំទេចដោយមេកានិច អេឡិចត្រូលីតរាវដែលក្រាស់កាត់ត្រូវបានទទួលដោយការបន្ថែមសាមញ្ញនៃស៊ីលីកាដែលហុយទៅជាអេឡិចត្រូលីតកាបូន (1 M LiFP6 ក្នុង EC/DMC) ។នៅលើសម្ពាធមេកានិក ឬការប៉ះពាល់ អង្គធាតុរាវបង្ហាញពីឥទ្ធិពលនៃការឡើងក្រាស់ជាមួយនឹងការកើនឡើងនៃ viscosity ដូច្នេះការសាយភាយថាមពលប៉ះពាល់ និងបង្ហាញពីភាពអត់ធ្មត់ចំពោះការកំទេច (រូប 3A)

រូបភាពទី 3 យុទ្ធសាស្ត្រដោះស្រាយបញ្ហាក្នុងដំណាក់កាលទី 1 ។

(ក) កាត់អេឡិចត្រូលីតក្រាស់។ខាងលើ៖ សម្រាប់អេឡិចត្រូលីតធម្មតា ផលប៉ះពាល់មេកានិកអាចនាំឱ្យថ្មខាងក្នុងខ្លី បណ្តាលឱ្យឆេះ និងផ្ទុះ។បាត៖ អេឡិចត្រូលីតឆ្លាតវៃប្រលោមលោកដែលមានប្រសិទ្ធិភាពកាត់ក្រាស់ក្រោមសម្ពាធ ឬផលប៉ះពាល់បង្ហាញពីការអត់ធ្មត់ដ៏ល្អឥតខ្ចោះចំពោះការកំទេច ដែលអាចធ្វើអោយសុវត្ថិភាពមេកានិករបស់ថ្មប្រសើរឡើងយ៉ាងខ្លាំង។(ខ) ឧបករណ៍បំបែកមុខងារពីរសម្រាប់ការរកឃើញដំបូងនៃ lithium dendrites ។ការបង្កើត Dendrite នៅក្នុងថ្មលីចូមប្រពៃណី ដែលការជ្រៀតចូលពេញលេញនៃឧបករណ៍បំបែកដោយ lithium dendrite ត្រូវបានរកឃើញតែនៅពេលដែលថ្មបរាជ័យដោយសារតែសៀគ្វីខ្លីខាងក្នុង។នៅក្នុងការប្រៀបធៀប ថ្មលីចូមដែលមានឧបករណ៍បំបែកមុខងារពីរ (មានស្រទាប់ចំហាយដែលបិទភ្ជាប់រវាងឧបករណ៍បំបែកធម្មតាពីរ) ដែលជាកន្លែងដែល dendrite លីចូមដែលដុះលើសបានជ្រាបចូលទៅក្នុងឧបករណ៍បំបែកហើយធ្វើឱ្យមានទំនាក់ទំនងជាមួយស្រទាប់ទង់ដែងដែលបណ្តាលឱ្យមានការធ្លាក់ចុះ។VCu-Li ដែលបម្រើជាការព្រមានអំពីការបរាជ័យដែលនឹងកើតឡើងដោយសារតែសៀគ្វីខ្លីខាងក្នុង។ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ថ្មពេញនៅតែដំណើរការដោយសុវត្ថិភាពជាមួយនឹងសក្តានុពលមិនសូន្យ។(A) និង (B) ត្រូវបានកែសម្រួល ឬផលិតឡើងវិញដោយមានការអនុញ្ញាតពី Springer Nature។(គ) ឧបករណ៍បំបែក Trilayer ដើម្បីប្រើប្រាស់សារធាតុ Li dendrites ដ៏គ្រោះថ្នាក់ និងពង្រីកអាយុកាលថ្ម។ខាងឆ្វេង៖ លីចូម anodes អាចបង្កើតបានយ៉ាងងាយនូវប្រាក់បញ្ញើ dendritic ដែលអាចរីកធំបន្តិចម្តងៗ និងជ្រាបចូលទៅក្នុងឧបករណ៍បំបែកវត្ថុធាតុ polymer ដែលមិនដំណើរការ។នៅពេលដែល dendrites ភ្ជាប់ cathode និង anode ចុងក្រោយ ថ្មបានដាច់ចរន្ត និងបរាជ័យ។ខាងស្ដាំ៖ ស្រទាប់នៃសារធាតុ nanoparticles ស៊ីលីកាត្រូវបានបញ្ឆេះដោយស្រទាប់ពីរនៃវត្ថុបំបែកវត្ថុធាតុ polymer ពាណិជ្ជកម្ម។ដូច្នេះនៅពេលដែលលីចូម dendrites លូតលាស់ និងជ្រាបចូលទៅក្នុងឧបករណ៍បំបែក ពួកវានឹងទាក់ទងទៅភាគល្អិតស៊ីលីកាណាណូនៅក្នុងស្រទាប់សាំងវិច ហើយត្រូវបានប្រើប្រាស់ដោយអេឡិចត្រូគីមី។(ឃ) ការស្កែនមីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុង (SEM) រូបភាពនៃសារធាតុបំបែកស៊ីលីកាណាណូដែលបំបែក។(ង) វ៉ុលធម្មតាធៀបនឹងទម្រង់ពេលវេលានៃថ្ម Li/Li ជាមួយនឹងឧបករណ៍បំបែកធម្មតា (ខ្សែកោងក្រហម) និងឧបករណ៍បំបែកស្រទាប់ trilayer ស៊ីលីកា nanoparticle (ខ្សែកោងខ្មៅ) ត្រូវបានសាកល្បងក្រោមលក្ខខណ្ឌដូចគ្នា។(C), (D) និង (E) ត្រូវបានផលិតឡើងវិញដោយមានការអនុញ្ញាតពី John Wiley និង Sons។(F) ការបង្ហាញពីគ្រោងការណ៍នៃយន្តការនៃសារធាតុបន្ថែម redox shuttle ។នៅលើផ្ទៃ cathode ដែលផ្ទុកលើសទម្ងន់ សារធាតុបន្ថែម redox ត្រូវបានកត់សុីទៅជាទម្រង់ [O] ដែលជាបន្តបន្ទាប់នឹងត្រូវបានកាត់បន្ថយត្រឡប់ទៅសភាពដើមរបស់វា [R] នៅលើផ្ទៃនៃ anode ដោយការសាយភាយតាមរយៈអេឡិចត្រូលីត។វដ្តអេឡិចត្រូគីមីនៃអុកស៊ីតកម្ម - សាយភាយ - កាត់បន្ថយ - សាយភាយអាចរក្សាបានដោយគ្មានកំណត់ហេតុដូចនេះហើយចាក់សោសក្តានុពល cathode ពីការបញ្ចូលថ្មលើសដែលមានគ្រោះថ្នាក់។(G) រចនាសម្ព័ន្ធគីមីធម្មតានៃសារធាតុបន្ថែម redox shuttle ។(H) យន្តការនៃការបិទសារធាតុបន្ថែមលើសចំណុះដែលអាចអេឡិចត្រូគីមីប៉ូលីមិចក្នុងសក្តានុពលខ្ពស់។(I) រចនាសម្ព័ន្ធគីមីធម្មតានៃសារធាតុបន្ថែមលើសចំណុះ។សក្តានុពលការងាររបស់សារធាតុបន្ថែមត្រូវបានរាយបញ្ជីនៅក្រោមរចនាសម្ព័ន្ធម៉ូលេគុលនីមួយៗក្នុង (G), (H) និង (I) ។

ឧបករណ៍បំបែកអាចការពារអេឡិចត្រូលីត្រ cathode និង anode និងដើរតួនាទីយ៉ាងសំខាន់ក្នុងការត្រួតពិនិត្យស្ថានភាពសុខភាពរបស់ថ្មនៅក្នុងកន្លែងដើម្បីការពារការខ្សោះជីវជាតិបន្ថែមទៀតពីដំណាក់កាលទី 1 ។ ឧទាហរណ៍ "ឧបករណ៍បំបែកទ្វេមុខងារ" ជាមួយនឹងការកំណត់រចនាសម្ព័ន្ធ trilayer ប៉ូលីមែរ - លោហៈ - ប៉ូលីម័រ (រូប ៣ ខ) អាចផ្តល់នូវមុខងារវាស់វ៉ុលថ្មី។នៅពេលដែល dendrite មួយដុះចេញមក ហើយឈានដល់ស្រទាប់មធ្យម វានឹងភ្ជាប់ស្រទាប់ដែក និង anode ដែលការធ្លាក់ចុះវ៉ុលភ្លាមៗរវាងពួកវាអាចត្រូវបានរកឃើញភ្លាមៗជាលទ្ធផល។

ក្រៅពីការរកឃើញ ឧបករណ៍បំបែក trilayer ត្រូវបានរចនាឡើងដើម្បីប្រើប្រាស់ Li dendrites ដែលមានគ្រោះថ្នាក់ និងពន្យឺតការលូតលាស់របស់វាបន្ទាប់ពីបានជ្រៀតចូលឧបករណ៍បំបែក។ស្រទាប់នៃសារធាតុ nanoparticles ស៊ីលីកា ដែលកាត់ដោយស្រទាប់ពីរនៃសារធាតុបំបែក polyolefin ពាណិជ្ជកម្ម (រូប ៣, C និង D) អាចប្រើប្រាស់សារធាតុ Li dendrites ដែលអាចជ្រាបចូលបាន ដែលអាចធ្វើអោយសុវត្ថិភាពថ្មមានភាពប្រសើរឡើង។អាយុកាលរបស់ថ្មដែលបានការពារត្រូវបានពង្រីកយ៉ាងខ្លាំងប្រហែល 5 ដងធៀបនឹងការដែលមានឧបករណ៍បំបែកធម្មតា (រូប 3E).

ការការពារលើស។ការបញ្ចូលថ្មលើសត្រូវបានកំណត់ថាជាការសាកថ្មលើសពីវ៉ុលដែលបានរចនាឡើងរបស់វា។ការបញ្ចូលថ្មលើសអាចត្រូវបានបង្កឡើងដោយដង់ស៊ីតេបច្ចុប្បន្នជាក់លាក់ខ្ពស់ ទម្រង់ការសាកថ្មដ៏ខ្លាំងក្លា។ល។ ដែលអាចនាំមកនូវបញ្ហាជាបន្តបន្ទាប់ រួមទាំង (i) ការទម្លាក់លោហៈ Li នៅលើ anode ដែលប៉ះពាល់យ៉ាងធ្ងន់ធ្ងរដល់ដំណើរការ និងសុវត្ថិភាពនៃចរន្តអគ្គិសនីរបស់ថ្ម។(ii) ការរលួយនៃសម្ភារៈ cathode បញ្ចេញអុកស៊ីសែន;និង (iii) ការរលួយនៃអេឡិចត្រូលីតសរីរាង្គ ការបញ្ចេញកំដៅ និងផលិតផលឧស្ម័ន (H2, អ៊ីដ្រូកាបូន, CO, ល) ដែលទទួលខុសត្រូវចំពោះការហូរចេញដោយកម្ដៅ។ប្រតិកម្មគីមីក្នុងកំឡុងពេលរលួយមានភាពស្មុគស្មាញ ដែលមួយចំនួនត្រូវបានរាយបញ្ជីខាងក្រោម។

សញ្ញាផ្កាយ (*) បង្ហាញថាឧស្ម័នអ៊ីដ្រូសែនមានប្រភពចេញពី protic ដោយបន្សល់ទុកក្រុមដែលបានបង្កើតកំឡុងពេលអុកស៊ីតកម្មនៃកាបូននៅ cathode ដែលបន្ទាប់មកសាយភាយទៅ anode ត្រូវបានកាត់បន្ថយ និងបង្កើត H2 ។

នៅលើមូលដ្ឋាននៃភាពខុសគ្នានៃមុខងាររបស់ពួកគេ សារធាតុបន្ថែមការពារលើសអាចត្រូវបានចាត់ថ្នាក់ជាសារធាតុបន្ថែម redox shuttle និងសារធាតុបន្ថែមបិទ។អតីតការពារក្រឡាពីការបញ្ចូលថ្មលើសពីការបញ្ច្រាស ខណៈដែលលេខក្រោយបញ្ចប់ប្រតិបត្តិការក្រឡាជាអចិន្ត្រៃយ៍។

សារធាតុបន្ថែម Redox shuttle ដំណើរការដោយ electrochemically shunting លើសបន្ទុកដែលបានចាក់ចូលទៅក្នុងថ្មនៅពេលដែល overcharge កើតឡើង។ដូចដែលបានបង្ហាញនៅក្នុងរូប 3Fយន្តការនេះត្រូវបានផ្អែកលើសារធាតុបន្ថែម redox ដែលមានសក្តានុពលអុកស៊ីតកម្មទាបជាងបន្តិចនៃអេឡិចត្រូលីត anodic decomposition ។នៅលើផ្ទៃ cathode លើសចំណុះ សារធាតុបន្ថែម redox ត្រូវបានកត់សុីទៅជាទម្រង់ [O] ដែលជាបន្តបន្ទាប់នឹងត្រូវបានកាត់បន្ថយត្រឡប់ទៅសភាពដើមរបស់វា [R] នៅលើផ្ទៃនៃ anode បន្ទាប់ពីការសាយភាយតាមរយៈអេឡិចត្រូលីត។ក្រោយមក សារធាតុបន្ថែមដែលកាត់បន្ថយអាចសាយភាយត្រឡប់ទៅ cathode ហើយវដ្តអេឡិចត្រូគីមីនៃ "អុកស៊ីតកម្ម-សាយភាយ-កាត់បន្ថយ-សាយភាយ" អាចរក្សាបានដោយគ្មានកំណត់ ហេតុដូចនេះហើយអាចចាក់សោរសក្តានុពល cathode ពីការឆក់លើសដែលគ្រោះថ្នាក់បន្ថែមទៀត។ការសិក្សាបានបង្ហាញថាសក្តានុពល redox នៃសារធាតុបន្ថែមគួរតែមានប្រហែល 0.3 ទៅ 0.4 V ខាងលើសក្តានុពលនៃ cathode ។

ស៊េរីនៃសារធាតុបន្ថែមដែលមានរចនាសម្ព័ន្ធគីមីដែលបានរៀបចំយ៉ាងល្អ និងសក្តានុពល redox ត្រូវបានបង្កើតឡើង រួមមាន organometallic metallocenes, phenothiazines, triphenylamines, dimethoxybenzenes និងនិស្សន្ទវត្ថុរបស់វា និង 2-(pentafluorophenyl)-tetrafluoro-1,3,2-benzodioxaborole (រូប 3G)តាមរយៈការកែសម្រួលរចនាសម្ព័ន្ធម៉ូលេគុល សក្តានុពលអុកស៊ីតកម្មបន្ថែមអាចត្រូវបានលៃតម្រូវទៅខាងលើ 4 V ដែលសមរម្យសម្រាប់សមា្ភារៈ cathode វ៉ុលខ្ពស់និងអេឡិចត្រូលីតដែលកំពុងអភិវឌ្ឍយ៉ាងឆាប់រហ័ស។គោលការណ៍រចនាជាមូលដ្ឋានពាក់ព័ន្ធនឹងការបន្ថយគន្លងម៉ូលេគុលដែលកាន់កាប់ខ្ពស់បំផុតនៃសារធាតុបន្ថែមដោយបន្ថែមសារធាតុជំនួសដកអេឡិចត្រុង ដែលនាំឱ្យមានការកើនឡើងនៃសក្តានុពលអុកស៊ីតកម្ម។ក្រៅពីសារធាតុបន្ថែមសរីរាង្គ អំបិលអសរីរាង្គមួយចំនួន ដែលមិនត្រឹមតែអាចដំណើរការជាអំបិលអេឡិចត្រូលីតប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែវាក៏អាចបម្រើជាសារធាតុ redox ដូចជាអំបិលចង្កោម perfluoroborane [នោះគឺ lithium fluorododecaborates (Li2B12F)។xH12−x)] ក៏ត្រូវបានគេរកឃើញថាជាសារធាតុបន្ថែម redox shuttle ដ៏មានប្រសិទ្ធភាព។

សារធាតុបន្ថែមលើការបិទគឺជាក្រុមនៃសារធាតុបន្ថែមការពារលើសតម្លៃដែលមិនអាចត្រឡប់វិញបាន។ពួកវាដំណើរការដោយការបញ្ចេញឧស្ម័ននៅសក្តានុពលខ្ពស់ ដែលនៅក្នុងវេនធ្វើឱ្យឧបករណ៍រំខានបច្ចុប្បន្នសកម្ម ឬដោយអេឡិចត្រូគីមីជាអចិន្ត្រៃយ៍វត្ថុធាតុ polymerizing នៅសក្តានុពលខ្ពស់ដើម្បីបញ្ចប់ប្រតិបត្តិការថ្ម មុនពេលលទ្ធផលមហន្តរាយកើតឡើង (រូប 3H)ឧទាហរណ៏នៃអតីតរួមមាន xylene , cyclohexylbenzene និង biphenyl ខណៈពេលដែលឧទាហរណ៍នៃក្រោយរួមមាន biphenyl និងសមាសធាតុក្រអូបជំនួសផ្សេងទៀត (រូប 3I)ផលប៉ះពាល់អវិជ្ជមាននៃការបិទសារធាតុបន្ថែមនៅតែជាប្រតិបត្តិការរយៈពេលវែង និងដំណើរការផ្ទុករបស់ LIBs ដោយសារតែអុកស៊ីតកម្មដែលមិនអាចត្រឡប់វិញនៃសមាសធាតុទាំងនេះ។

ដើម្បីដោះស្រាយបញ្ហាក្នុងដំណាក់កាលទី 2 (ការប្រមូលផ្តុំកំដៅ និងដំណើរការបញ្ចេញឧស្ម័ន)

សម្ភារៈ cathode ដែលអាចទុកចិត្តបាន។អុកស៊ីដលោហៈផ្លាស់ប្តូរលីចូម ដូចជាអុកស៊ីដស្រទាប់ LiCoO2, LiNiO2 និង LiMnO2;អុកស៊ីដប្រភេទ spinel LiM2O4;និងប្រភេទ Polyanion LiFePO4 ត្រូវបានគេប្រើប្រាស់យ៉ាងពេញនិយម សម្ភារៈ cathode ដែលទោះជាយ៉ាងណា មានបញ្ហាសុវត្ថិភាព ជាពិសេសនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់។ក្នុងចំនោមពួកគេ LiFePO4 ដែលមានរចនាសម្ព័ន្ធ olivine មានសុវត្ថិភាពខ្ពស់ដែលមានស្ថេរភាពរហូតដល់ 400 ° C ខណៈពេលដែល LiCoO2 ចាប់ផ្តើមរលួយនៅ 250 ° C ។ហេតុផលសម្រាប់ការធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងនូវសុវត្ថិភាពនៃ LiFePO4 គឺថាអ៊ីយ៉ុងអុកស៊ីហ៊្សែនទាំងអស់បង្កើតជាចំណង covalent ដ៏រឹងមាំជាមួយ P5+ ដើម្បីបង្កើតជា PO43- tetrahedral polyanions ដែលរក្សាលំនឹងក្របខ័ណ្ឌបីវិមាត្រទាំងមូល និងផ្តល់នូវស្ថេរភាពប្រសើរឡើងបើប្រៀបធៀបជាមួយនឹងសម្ភារៈ cathode ផ្សេងទៀត ទោះបីជានៅតែមាន។ ត្រូវបានគេរាយការណ៍ថាមានគ្រោះអគ្គិភ័យមួយចំនួន។ការព្រួយបារម្ភអំពីសុវត្ថិភាពចម្បងកើតឡើងពីការរលួយនៃវត្ថុធាតុ cathode ទាំងនេះនៅសីតុណ្ហភាពកើនឡើង និងការបញ្ចេញអុកស៊ីហ៊្សែនក្នុងពេលដំណាលគ្នា ដែលការរួមគ្នាអាចនាំឱ្យមានការឆេះ និងការផ្ទុះ ដែលប៉ះពាល់ដល់សុវត្ថិភាពថ្មយ៉ាងធ្ងន់ធ្ងរ។ជាឧទាហរណ៍ រចនាសម្ព័ន្ធគ្រីស្តាល់នៃស្រទាប់អុកស៊ីដ LiNiO2 គឺមិនស្ថិតស្ថេរដោយសារតែអត្ថិភាពនៃ Ni2+ ដែលមានទំហំអ៊ីយ៉ុងដែលស្រដៀងនឹង Li+ ។លី វង្វេងxNiO2 (x< 1) មានទំនោរទៅបំប្លែងទៅជាដំណាក់កាលប្រភេទ spinel ដែលមានស្ថេរភាពជាងមុន LiNi2O4 (spinel) និង rocksalt-type NiO ជាមួយនឹងអុកស៊ីសែនដែលបញ្ចេញទៅជាអេឡិចត្រូលីតរាវនៅសីតុណ្ហភាពប្រហែល 200°C ដែលនាំទៅដល់ការឆេះអេឡិចត្រូលីត។

កិច្ចខិតខំប្រឹងប្រែងគួរឱ្យកត់សម្គាល់ត្រូវបានធ្វើឡើងដើម្បីកែលម្អស្ថេរភាពកម្ដៅនៃវត្ថុធាតុ cathode ទាំងនេះដោយសារធាតុ doping អាតូម និងថ្នាំកូតការពារផ្ទៃ។

សារធាតុ doping អាតូមអាចបង្កើនស្ថេរភាពកំដៅនៃស្រទាប់អុកស៊ីតយ៉ាងសំខាន់ដោយសារតែរចនាសម្ព័ន្ធគ្រីស្តាល់មានស្ថេរភាព។ស្ថេរភាពកម្ដៅនៃ LiNiO2 ឬ Li1.05Mn1.95O4 អាចត្រូវបានធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងយ៉ាងខ្លាំងដោយការជំនួសផ្នែកខ្លះនៃ Ni ឬ Mn ជាមួយនឹង cations លោហៈផ្សេងទៀតដូចជា Co, Mn, Mg និង Al ។សម្រាប់ LiCoO2 ការណែនាំនៃសារធាតុ doping និង alloying ដូចជា Ni និង Mn អាចបង្កើនយ៉ាងខ្លាំងនូវសីតុណ្ហភាពចាប់ផ្តើមនៃការរលួយ។Tdec ខណៈពេលដែលក៏ជៀសវាងប្រតិកម្មជាមួយអេឡិចត្រូលីតនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់។ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ការកើនឡើងនៃស្ថេរភាពកម្ដៅ cathode ជាទូទៅកើតឡើងជាមួយនឹងការលះបង់ក្នុងសមត្ថភាពជាក់លាក់។ដើម្បីដោះស្រាយបញ្ហានេះ សម្ភារៈ cathode កំហាប់-ជម្រាលសម្រាប់ថ្មលីចូមដែលអាចសាកបានដោយផ្អែកលើស្រទាប់លីចូមនីកែល cobalt manganese oxide ត្រូវបានបង្កើតឡើង (រូប 4A)នៅក្នុងសម្ភារៈនេះ ភាគល្អិតនីមួយៗមានភាគកណ្តាលដែលសំបូរទៅដោយ Ni និងស្រទាប់ខាងក្រៅដែលសំបូរទៅដោយ Mn ជាមួយនឹងការថយចុះកំហាប់ Ni និងបង្កើនកំហាប់ Mn និង Co នៅពេលដែលផ្ទៃជិតមកដល់ (រូប 4B)អតីតផ្តល់នូវសមត្ថភាពខ្ពស់ ខណៈពេលដែលក្រោយមកទៀតធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវស្ថេរភាពកម្ដៅ។សម្ភារៈ cathode ប្រលោមលោកនេះត្រូវបានបង្ហាញឱ្យប្រសើរឡើងនូវសុវត្ថិភាពនៃថ្មដោយមិនប៉ះពាល់ដល់ដំណើរការអេឡិចត្រូគីមីរបស់ពួកគេ (រូប 4C).

រូបភាពទី 4 យុទ្ធសាស្រ្តដោះស្រាយបញ្ហាក្នុងដំណាក់កាលទី 2: cathodes ដែលអាចទុកចិត្តបាន។

(ក) ដ្យាក្រាមគំនូសតាងនៃភាគល្អិតអេឡិចត្រូតវិជ្ជមានដែលមានស្នូល Ni-rich ហ៊ុំព័ទ្ធដោយស្រទាប់ខាងក្រៅកំហាប់-ជម្រាល។ភាគល្អិតនីមួយៗមានភាគល្អិតកណ្តាលសម្បូរ Ni-Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2 និងស្រទាប់ខាងក្រៅដែលសំបូរទៅដោយ Mn [Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2] ជាមួយនឹងការថយចុះកំហាប់ Ni និងបង្កើនកំហាប់ Mn និង Co នៅពេលដែលផ្ទៃត្រូវបានខិតជិត។អតីតផ្តល់នូវសមត្ថភាពខ្ពស់ ខណៈពេលដែលក្រោយមកទៀតធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវស្ថេរភាពកម្ដៅ។សមាសភាពជាមធ្យមគឺ Li(Ni0.68Co0.18Mn0.18)O2។មីក្រូក្រាហ្វអេឡិចត្រុងស្កែននៃភាគល្អិតធម្មតាក៏ត្រូវបានបង្ហាញនៅខាងស្តាំផងដែរ។(ខ) លទ្ធផលមីក្រូវិភាគកាំរស្មីអ៊ិចអេឡិចត្រុងនៃអុកស៊ីដ lithiated ចុងក្រោយ Li(Ni0.64Co0.18Mn0.18)O2។ការផ្លាស់ប្តូរកំហាប់បន្តិចម្តង ៗ នៃ Ni, Mn, និង Co នៅក្នុងស្រទាប់អន្តរគឺជាភស្តុតាង។កំហាប់ Ni ថយចុះ ហើយកំហាប់ Co និង Mn កើនឡើងដល់ផ្ទៃ។(C) ដាននៃការស្កែនឌីផេរ៉ង់ស្យែល calorimetry (DSC) ដែលបង្ហាញពីលំហូរកំដៅពីប្រតិកម្មនៃអេឡិចត្រូលីតជាមួយនឹងវត្ថុធាតុកម្រិតពណ៌ Li(Ni0.64Co0.18Mn0.18)O2 ដែលជាវត្ថុធាតុដើមកណ្តាល Ni-rich Li(Ni0.8Co0.1Mn0។ 1) O2 និងស្រទាប់ខាងក្រៅដែលសំបូរដោយ Mn [Li(Ni0.46Co0.23Mn0.31)O2]។សម្ភារៈត្រូវបានគិតថ្លៃដល់ 4.3 V. (A), (B) និង (C) ត្រូវបានផលិតឡើងវិញដោយមានការអនុញ្ញាតពី Springer Nature ។(ឃ) ខាងឆ្វេង៖ រូបភាពវាលភ្លឺនៃមីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុងបញ្ជូន (TEM) នៃ LiCoO2 ដែលស្រោបដោយសារធាតុណាណូ AlPO4;វិសាលគមកាំរស្មីអ៊ិចបែកខ្ចាត់ខ្ចាយថាមពលបញ្ជាក់ពីសមាសធាតុ Al និង P នៅក្នុងស្រទាប់ថ្នាំកូត។ខាងស្ដាំ៖ រូបភាព TEM គុណភាពបង្ហាញខ្ពស់បង្ហាញពីភាគល្អិតណាណូ AlPO4 (អង្កត់ផ្ចិត ~ 3 nm) នៅក្នុងស្រទាប់ថ្នាំកូតណាណូ។ព្រួញបង្ហាញពីចំណុចប្រទាក់រវាងស្រទាប់ AlPO4 និង LiCoO2 ។(ង) ខាងឆ្វេង៖ រូបភាពនៃក្រឡាដែលមាន cathode LiCoO2 ទទេ បន្ទាប់ពីការធ្វើតេស្តលើស 12-V។ក្រឡាបានឆេះហើយផ្ទុះនៅវ៉ុលនោះ។ខាងស្ដាំ៖ រូបភាពនៃក្រឡាដែលមានសារធាតុ AlPO4 nanoparticle-coated LiCoO2 បន្ទាប់ពីការធ្វើតេស្តលើស 12-V ។(D) និង (E) ត្រូវបានផលិតឡើងវិញដោយមានការអនុញ្ញាតពី John Wiley និង Sons ។

យុទ្ធសាស្ត្រមួយទៀតដើម្បីកែលម្អស្ថេរភាពកម្ដៅគឺការស្រោបសម្ភារៈ cathode ជាមួយនឹងស្រទាប់ស្តើងការពារនៃសារធាតុ Li+ conducting ដែលមានស្ថេរភាពកម្ដៅ ដែលអាចការពារទំនាក់ទំនងផ្ទាល់នៃវត្ថុធាតុ cathode ជាមួយអេឡិចត្រូលីត ហើយកាត់បន្ថយប្រតិកម្មចំហៀង និងការបង្កើតកំដៅ។ថ្នាំកូតអាចជាខ្សែភាពយន្តអសរីរាង្គ (ឧទាហរណ៍ ZnO , Al2O3, AlPO4 , AlF3 ។រូប ៤, D និង E) ឬខ្សែភាពយន្តសរីរាង្គ ដូចជា poly (diallyldimethylammonium chloride) ខ្សែភាពយន្តការពារដែលបង្កើតឡើងដោយសារធាតុបន្ថែម γ-butyrolactone និងសារធាតុបន្ថែមចម្រុះ (រួមមាន vinylene carbonate, 1,3-propylene sulfite និង dimethylacetamide) ។

ការណែនាំថ្នាំកូតដែលមានមេគុណសីតុណ្ហភាពវិជ្ជមានក៏មានប្រសិទ្ធភាពផងដែរសម្រាប់ការបង្កើនសុវត្ថិភាព cathode ។ឧទាហរណ៍ សារធាតុ poly(3-decylthiophene)-coated LiCoO2 cathodes អាចបិទប្រតិកម្មគីមី និងប្រតិកម្មចំហៀង នៅពេលដែលសីតុណ្ហភាពឡើងដល់>80°C ដោយសារស្រទាប់វត្ថុធាតុ polymer conductive អាចបំលែងបានយ៉ាងលឿនទៅជាសភាពធន់ទ្រាំខ្លាំង។ថ្នាំកូតនៃ oligomers ដែលត្រូវបានបញ្ចប់ដោយខ្លួនឯងជាមួយនឹងស្ថាបត្យកម្ម hyper-branched ក៏អាចដំណើរការជាស្រទាប់ទប់ស្កាត់ដែលឆ្លើយតបនឹងកម្ដៅដើម្បីបិទថ្មពីផ្នែកខាង cathode ។

ឧបករណ៍ប្រមូលចរន្តដែលអាចប្តូរបានតាមកំដៅ។ការបិទប្រតិកម្មគីមីអគ្គិសនីកំឡុងពេលសីតុណ្ហភាពថ្មកើនឡើងនៅដំណាក់កាលទី 2 មានប្រសិទ្ធភាពអាចការពារមិនឱ្យសីតុណ្ហភាពកើនឡើងបន្ថែមទៀត។ការផ្លាស់ប្តូរវត្ថុធាតុ polymer ដែលមានប្រតិកម្មរហ័ស និងអាចបញ្ច្រាស់បាន (TRPS) ត្រូវបានដាក់បញ្ចូលខាងក្នុងទៅក្នុងឧបករណ៍ប្រមូលបច្ចុប្បន្ន (រូប 5A)ខ្សែភាពយន្តស្តើង TRPS មានភាគល្អិតនីកែល nanostructured spiky nanostructured graphene-coated graphene ជាសារធាតុបំពេញ conductive និង matrix PE ជាមួយនឹងមេគុណពង្រីកកំដៅដ៏ធំមួយ (α ~ 10−4 K−1) ។ខ្សែភាពយន្តសមាសធាតុប៉ូលីម៊ែរដែលផលិតដោយបង្ហាញនូវចរន្តអគ្គិសនីខ្ពស់ (σ) នៅសីតុណ្ហភាពបន្ទប់ ប៉ុន្តែនៅពេលដែលសីតុណ្ហភាពខិតជិតដល់សីតុណ្ហភាពប្តូរ (Ts) ចរន្តអគ្គិសនីថយចុះក្នុងរយៈពេល 1 វិនាទីដោយ 7 ទៅ 8 លំដាប់នៃរ៉ិចទ័រដែលជាលទ្ធផលនៃការពង្រីកបរិមាណវត្ថុធាតុ polymer ដែលបំបែកភាគល្អិតចរន្តនិងបំបែកផ្លូវចរន្ត (រូប ៥ ខ)ខ្សែភាពយន្តភ្លាមៗក្លាយជាអ៊ីសូឡង់ ហើយដូច្នេះបញ្ចប់ប្រតិបត្តិការថ្ម (រូប 5C)ដំណើរការនេះគឺអាចបញ្ច្រាស់បានខ្ពស់ ហើយអាចដំណើរការបានសូម្បីតែបន្ទាប់ពីព្រឹត្តិការណ៍ឡើងកំដៅច្រើនដងដោយមិនធ្វើឱ្យខូចដល់ដំណើរការក៏ដោយ។

រូបភាពទី 5 យុទ្ធសាស្ត្រដោះស្រាយបញ្ហាក្នុងដំណាក់កាលទី 2 ។

(ក) ការបង្ហាញពីគ្រោងការណ៍នៃយន្តការប្តូរកំដៅនៃអ្នកប្រមូលចរន្ត TRPS ។ថ្មសុវត្ថិភាពមានឧបករណ៍ប្រមូលបច្ចុប្បន្នមួយឬពីរដែលស្រោបដោយស្រទាប់ TRPS ស្តើង។វាដំណើរការជាធម្មតានៅសីតុណ្ហភាពបន្ទប់។ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ ក្នុងករណីមានសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ ឬចរន្តធំ វត្ថុធាតុ polymer ពង្រីក ដូច្នេះការបំបែកភាគល្អិត conductive ដែលអាចបន្ថយចរន្តរបស់វា បង្កើនភាពធន់របស់វា និងបិទថ្មយ៉ាងខ្លាំង។ដូច្នេះរចនាសម្ព័ន្ធថ្មអាចត្រូវបានការពារដោយគ្មានការខូចខាត។នៅពេលត្រជាក់ វត្ថុធាតុ polymer រួញ និងទទួលបានផ្លូវចរន្តដើមវិញ។(ខ) ការផ្លាស់ប្តូរភាពធន់នៃខ្សែភាពយន្ត TRPS ផ្សេងៗគ្នាជាមុខងារនៃសីតុណ្ហភាព រួមទាំង PE/GrNi ជាមួយនឹងការផ្ទុក GrNi ខុសៗគ្នា និង PP/GrNi ជាមួយនឹងការផ្ទុក GrNi 30% (v/v) ។(C) សង្ខេបអំពីសមត្ថភាពនៃការជិះកង់ថ្ម LiCoO2 ប្រកបដោយសុវត្ថិភាពនៅចន្លោះ 25°C និងការបិទ។សមត្ថភាពជិតសូន្យនៅ 70 ° C បង្ហាញពីការបិទពេញលេញ។(A), (B) និង (C) ត្រូវបានផលិតឡើងវិញដោយមានការអនុញ្ញាតពី Springer Nature។(ឃ) តំណាងគ្រោងការណ៍នៃគំនិតបិទដែលមានមូលដ្ឋានលើមីក្រូស្វ៊ែរសម្រាប់ LIBs ។អេឡិចត្រូដត្រូវបានដំណើរការជាមួយនឹងមីក្រូស្វែរដែលឆ្លើយតបនឹងកម្ដៅ ដែលលើសពីសីតុណ្ហភាពថ្មខាងក្នុងដ៏សំខាន់ ឆ្លងកាត់ការផ្លាស់ប្តូរកម្ដៅ (រលាយ)។គ្រាប់ដែលរលាយបានស្រោបផ្ទៃអេឡិចត្រូត បង្កើតជារបាំងការពារអ៊ីយ៉ុង និងបិទកោសិកាថ្ម។(ង) ភ្នាសសមាសធាតុអសរីរាង្គស្តើង និងឈរដោយខ្លួនឯងដែលមានភាគល្អិតអាលុយមីណា 94% និងជ័រកៅស៊ូ styrene-butadiene (SBR) 6% ត្រូវបានរៀបចំដោយវិធីចាក់ដំណោះស្រាយ។ខាងស្ដាំ៖ រូបថតបង្ហាញពីស្ថេរភាពកម្ដៅនៃឧបករណ៍បំបែកសមាសធាតុអសរីរាង្គ និងឧបករណ៍បំបែក PE ។ឧបករណ៍បំបែកត្រូវបានទុកនៅ 130 អង្សាសេរយៈពេល 40 នាទី។PE ធ្លាក់ចុះយ៉ាងខ្លាំងពីតំបន់ដែលមានចំនុចចំនុច។ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ ឧបករណ៍បំបែកសមាសធាតុមិនបង្ហាញពីការរួញជាក់ស្តែងទេ។ផលិតឡើងវិញដោយមានការអនុញ្ញាតពី Elsevier ។(F) រចនាសម្ព័នម៉ូលេគុលនៃប៉ូលីម៊ែរដែលមានសីតុណ្ហភាពរលាយខ្ពស់មួយចំនួនជាវត្ថុធាតុបំបែកជាមួយនឹងការរួញនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ទាប។ខាងលើ៖ ប៉ូលីអ៊ីមអ៊ីត (ភីអាយ) ។កណ្តាល: សែលុយឡូស។បាត: ប៉ូលី (butylene) terephthalate ។(G) ខាងឆ្វេង៖ ការប្រៀបធៀបវិសាលគម DSC នៃ PI ជាមួយនឹងសញ្ញាបំបែក PE និង PP;ឧបករណ៍បំបែក PI បង្ហាញពីស្ថេរភាពកំដៅដ៏ល្អនៅជួរសីតុណ្ហភាពពី 30 °ទៅ 275 ° C ។ខាងស្ដាំ៖ រូបថតកាមេរ៉ាឌីជីថលប្រៀបធៀបភាពសើមរបស់ឧបករណ៍បំបែកពាណិជ្ជកម្ម និងឧបករណ៍បំបែក PI ដែលត្រូវបានសំយោគជាមួយនឹងអេឡិចត្រូលីត propylene carbonate ។ផលិតឡើងវិញដោយមានការអនុញ្ញាតពីសមាគមគីមីអាមេរិក។

ឧបករណ៍បំបែកការបិទកំដៅ។យុទ្ធសាស្ត្រមួយទៀតដើម្បីការពារថ្មពីការហូរចេញដោយកម្ដៅក្នុងដំណាក់កាលទី 2 គឺការបិទផ្លូវបញ្ជូនរបស់ Li ion តាមរយៈឧបករណ៍បំបែក។ឧបករណ៍បំបែកគឺជាសមាសធាតុសំខាន់សម្រាប់សុវត្ថិភាពនៃ LIBs ព្រោះវាការពារទំនាក់ទំនងអគ្គិសនីដោយផ្ទាល់រវាង cathode ថាមពលខ្ពស់ និងវត្ថុធាតុ anode ខណៈពេលដែលអនុញ្ញាតឱ្យមានការដឹកជញ្ជូនអ៊ីយ៉ុង។PP និង PE គឺជាវត្ថុធាតុដើមដែលប្រើជាទូទៅបំផុត ប៉ុន្តែពួកវាមានស្ថេរភាពកម្ដៅខ្សោយ ជាមួយនឹងចំណុចរលាយនៃ ~165° និង ~135°C រៀងគ្នា។សម្រាប់ LIB ពាណិជ្ជកម្ម ឧបករណ៍បំបែកដែលមានរចនាសម្ព័ន្ធ trilayer PP/PE/PP ត្រូវបានធ្វើពាណិជ្ជកម្មរួចហើយ ដែល PE គឺជាស្រទាប់ការពារកណ្តាល។នៅពេលដែលសីតុណ្ហភាពខាងក្នុងរបស់ថ្មកើនឡើងលើសពីសីតុណ្ហភាពសំខាន់ (~130°C) ស្រទាប់ PE porous រលាយដោយផ្នែក បិទរន្ធញើសនៃខ្សែភាពយន្ត និងការពារការផ្លាស់ទីលំនៅរបស់អ៊ីយ៉ុងនៅក្នុងអេឡិចត្រូលីតរាវ ខណៈពេលដែលស្រទាប់ PP ផ្តល់ជំនួយផ្នែកមេកានិច ដើម្បីជៀសវាងខាងក្នុង។ ខ្លី។ម៉្យាងទៀត ការបិទ LIB ដែលត្រូវបានបង្កឡើងដោយកម្ដៅនៃ LIB ក៏អាចសម្រេចបានដោយប្រើ thermoresponsive PE ឬ paraffin wax microspheres ជាស្រទាប់ការពារនៃថ្ម anodes ឬឧបករណ៍បំបែក។នៅពេលដែលសីតុណ្ហភាពថ្មខាងក្នុងឡើងដល់តម្លៃសំខាន់ មីក្រូស្វ៊ែររលាយ និងស្រោបអាណូត/ឧបករណ៍បំបែកជាមួយនឹងរបាំងដែលមិនអាចជ្រាបចូលបាន ដោយបញ្ឈប់ការដឹកជញ្ជូន Li-ion និងបិទកោសិកាជាអចិន្ត្រៃយ៍ (រូប 5D).

ឧបករណ៍បំបែកដែលមានស្ថេរភាពកំដៅខ្ពស់។ដើម្បីបង្កើនស្ថេរភាពកម្ដៅនៃឧបករណ៍បំបែកថ្ម វិធីសាស្រ្តពីរត្រូវបានបង្កើតឡើងក្នុងអំឡុងពេលប៉ុន្មានឆ្នាំកន្លងមកនេះ៖

(1) ឧបករណ៍បំបែកសេរ៉ាមិចដែលពង្រឹងដោយប្រឌិតដោយការស្រោបដោយផ្ទាល់ ឬការរីកលូតលាស់លើផ្ទៃនៃស្រទាប់សេរ៉ាមិចដូចជា SiO2 និង Al2O3 លើផ្ទៃបំបែក polyolefin ដែលមានស្រាប់ ឬដោយការមានម្សៅសេរ៉ាមិចបង្កប់ក្នុងវត្ថុធាតុ polymeric (រូប 5 អ៊ី) បង្ហាញចំណុចរលាយខ្ពស់ និងកម្លាំងមេកានិចខ្ពស់ ហើយថែមទាំងមានចរន្តកំដៅខ្ពស់ផងដែរ។ឧបករណ៍បំបែកសមាសធាតុមួយចំនួនដែលប្រឌិតតាមរយៈយុទ្ធសាស្ត្រនេះត្រូវបានធ្វើពាណិជ្ជកម្ម ដូចជា Separion (ឈ្មោះពាណិជ្ជកម្ម)។

(2) ការផ្លាស់ប្តូរសមា្ភារៈបំបែកពី polyolefin ទៅប៉ូលីមេដែលមានសីតុណ្ហភាពរលាយខ្ពស់ជាមួយនឹងការរួញទាបនៅពេលកំដៅដូចជា polyimide, cellulose, poly (butylene) terephthalate និង poly(esters) analogous ផ្សេងទៀត គឺជាយុទ្ធសាស្រ្តដ៏មានប្រសិទ្ធភាពមួយផ្សេងទៀតសម្រាប់ការធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវស្ថេរភាពកម្ដៅ។ នៃសញ្ញាបំបែក (រូប 5F)ឧទាហរណ៍ polyimide គឺជាវត្ថុធាតុ polymer thermosetting ដែលត្រូវបានចាត់ទុកយ៉ាងទូលំទូលាយថាជាជម្រើសដ៏ជោគជ័យមួយ ដោយសារតែស្ថេរភាពកម្ដៅដ៏ល្អឥតខ្ចោះរបស់វា (មានស្ថេរភាពលើសពី 400°C) ធន់នឹងសារធាតុគីមីល្អ កម្លាំង tensile ខ្ពស់ ភាពសើមនៃអេឡិចត្រូលីតល្អ និងភាពធន់នឹងអណ្តាតភ្លើង (រូប 5G)

កញ្ចប់ថ្មដែលមានមុខងារត្រជាក់។ប្រព័ន្ធគ្រប់គ្រងកម្ដៅតាមមាត្រដ្ឋានឧបករណ៍ដែលបើកដោយចរន្តខ្យល់ ឬភាពត្រជាក់រាវត្រូវបានប្រើប្រាស់ដើម្បីកែលម្អដំណើរការថ្ម និងបន្ថយសីតុណ្ហភាពកើនឡើង។លើសពីនេះ សម្ភារៈផ្លាស់ប្តូរដំណាក់កាលដូចជា paraffin wax ត្រូវបានដាក់បញ្ចូលទៅក្នុងកញ្ចប់ថ្ម ដើម្បីដើរតួជាឧបករណ៍ផ្ទុកកំដៅ ដើម្បីគ្រប់គ្រងសីតុណ្ហភាពរបស់ពួកគេ ដូច្នេះជៀសវាងការបំពានសីតុណ្ហភាព។

ដើម្បីដោះស្រាយបញ្ហាក្នុងដំណាក់កាលទី 3 (ការឆេះ និងការផ្ទុះ)

កំដៅ អុកស៊ីហ្សែន និងឥន្ធនៈ ដែលគេស្គាល់ថាជា "ត្រីកោណភ្លើង" គឺជាធាតុផ្សំចាំបាច់សម្រាប់អគ្គីភ័យភាគច្រើន។ជាមួយនឹងការប្រមូលផ្តុំកំដៅ និងអុកស៊ីសែនដែលបានបង្កើតក្នុងដំណាក់កាលទី 1 និងទី 2 ឥន្ធនៈ (ពោលគឺអេឡិចត្រូលីតងាយឆេះខ្លាំង) នឹងចាប់ផ្តើមឆេះដោយស្វ័យប្រវត្តិ។ការកាត់បន្ថយភាពងាយឆេះនៃសារធាតុរំលាយអេឡិចត្រូលីតគឺមានសារៈសំខាន់សម្រាប់សុវត្ថិភាពថ្ម និងការអនុវត្តទ្រង់ទ្រាយធំបន្ថែមទៀតនៃ LIBs ។

សារធាតុបន្ថែមដែលធន់នឹងភ្លើង។កិច្ចខិតខំប្រឹងប្រែងស្រាវជ្រាវយ៉ាងខ្លាំងត្រូវបានឧទ្ទិសដល់ការបង្កើតសារធាតុបន្ថែមដែលធន់នឹងអណ្តាតភ្លើង ដើម្បីកាត់បន្ថយភាពងាយឆេះនៃអេឡិចត្រូលីតរាវ។សារធាតុបន្ថែមដែលធន់នឹងអណ្តាតភ្លើងភាគច្រើនដែលប្រើក្នុងអេឡិចត្រូលីតរាវគឺផ្អែកលើសមាសធាតុផូស្វ័រសរីរាង្គ ឬសមាសធាតុ halogenated សរីរាង្គ។ដោយសារសារធាតុ halogens មានគ្រោះថ្នាក់ដល់បរិស្ថាន និងសុខភាពមនុស្ស សមាសធាតុផូស្វ័រសរីរាង្គគឺជាបេក្ខជនដែលកាន់តែមានសក្តានុពលជាសារធាតុបន្ថែមដែលធន់នឹងអណ្តាតភ្លើង ដោយសារតែសមត្ថភាពទប់ស្កាត់អណ្តាតភ្លើងខ្ពស់ និងមិត្តភាពបរិស្ថាន។សមាសធាតុផូស្វ័រសរីរាង្គធម្មតារួមមាន trimethyl phosphate, triphenyl phosphate, bis(2-methoxyethoxy)methylallylphosphonate, tris(2,2,2-trifluoroethyl) phosphite , (ethoxy) pentafluorocyclotriphosphazene , ethylene (ethylenepha)រូប 6A)យន្តការសម្រាប់ផលប៉ះពាល់នៃការពន្យារអណ្តាតភ្លើងនៃសមាសធាតុដែលមានផ្ទុកផូស្វ័រទាំងនេះ ជាទូទៅត្រូវបានគេជឿថាជាដំណើរការបោសសម្អាតរ៉ាឌីកាល់គីមី។កំឡុងពេលចំហេះ ម៉ូលេគុលដែលមានផូស្វ័រអាចរលួយទៅជាអំបូររ៉ាឌីកាល់សេរីដែលមានផូស្វ័រ ដែលបន្ទាប់មកអាចបញ្ចប់រ៉ាឌីកាល់ (ឧទាហរណ៍ រ៉ាឌីកាល់ H និង OH) ដែលបង្កើតកំឡុងពេលបន្តពូជប្រតិកម្មសង្វាក់ ដែលទទួលខុសត្រូវចំពោះការដុតបន្ត (រូប ៦, ខ និង C) ។ជាអកុសល ការកាត់បន្ថយភាពងាយឆេះជាមួយនឹងការបន្ថែមសារធាតុទប់ស្កាត់អណ្តាតភ្លើងដែលមានផ្ទុកផូស្វ័រទាំងនេះមកដោយការចំណាយនៃដំណើរការអេឡិចត្រូគីមី។ដើម្បីកែលម្អការដោះដូរនេះ អ្នកស្រាវជ្រាវផ្សេងទៀតបានធ្វើការកែប្រែមួយចំនួនចំពោះរចនាសម្ព័ន្ធម៉ូលេគុលរបស់ពួកគេ៖ (i) ការធ្វើ fluorination ផ្នែកនៃអាល់គីលផូស្វាតអាចធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវស្ថេរភាពកាត់បន្ថយ និងប្រសិទ្ធភាពនៃការទប់ស្កាត់អណ្តាតភ្លើងរបស់ពួកគេ ;(ii) ការប្រើប្រាស់សមាសធាតុដែលមានលក្ខណៈសម្បត្តិការពារទាំងការបង្កើតខ្សែភាពយន្ត និងការពារអណ្តាតភ្លើង ដូចជា bis(2-methoxyethoxy)methylallylphosphonate ដែលក្រុមសម្ព័ន្ធមិត្តអាចបង្កើតជាខ្សែភាពយន្ត SEI ដែលមានស្ថេរភាពលើផ្ទៃក្រាហ្វិត ដូច្នេះការការពារផ្នែកគ្រោះថ្នាក់ប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាព។ ប្រតិកម្ម;(iii) ការផ្លាស់ប្តូរ P(V) phosphate ទៅ P(III) phosphites ដែលជួយសម្រួលដល់ការបង្កើត SEI និងមានសមត្ថភាពបិទដំណើរការ PF5 គ្រោះថ្នាក់ [ឧទាហរណ៍ tris(2,2,2-trifluoroethyl) phosphite];និង (iv) ការជំនួសសារធាតុបន្ថែម organophosphorus ជាមួយ phosphazenes ស៊ីក្លូ ជាពិសេស fluorinated cyclophosphazene ដែលធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវភាពឆបគ្នានៃអេឡិចត្រូគីមី។

រូបភាពទី ៦ យុទ្ធសាស្ត្រដោះស្រាយបញ្ហាក្នុងដំណាក់កាលទី៣។

(ក) រចនាសម្ព័ន្ធម៉ូលេគុលធម្មតានៃសារធាតុបន្ថែមដែលធន់នឹងអណ្តាតភ្លើង។(ខ) យន្តការសម្រាប់ផលប៉ះពាល់នៃការពន្យារភ្លើងនៃសមាសធាតុដែលមានផ្ទុកផូស្វ័រទាំងនេះ ជាទូទៅត្រូវបានគេជឿថាជាដំណើរការបោសសម្អាតរ៉ាឌីកាល់គីមី ដែលអាចបញ្ចប់ប្រតិកម្មខ្សែសង្វាក់រ៉ាឌីកាល់ដែលទទួលខុសត្រូវចំពោះប្រតិកម្មចំហេះក្នុងដំណាក់កាលឧស្ម័ន។TPP, triphenyl phosphate ។(គ) ពេលវេលានៃការពន្លត់ដោយខ្លួនឯង (SET) នៃអេឡិចត្រូលីតកាបូនធម្មតាអាចត្រូវបានកាត់បន្ថយយ៉ាងខ្លាំងជាមួយនឹងការបន្ថែមនៃ triphenyl phosphate ។(ឃ) គ្រោងការណ៍នៃឧបករណ៍បំបែកអេឡិចត្រូស "ឆ្លាតវៃ" ជាមួយនឹងលក្ខណៈសម្បត្តិធន់នឹងអណ្តាតភ្លើងដែលបង្កឡើងដោយកម្ដៅសម្រាប់ LIBs ។ឧបករណ៍បំបែកដែលឈរដោយសេរីត្រូវបានផ្សំឡើងដោយមីក្រូហ្វាយបឺរដែលមានរចនាសម្ព័ន្ធស្នូលសែល ដែលសារធាតុធន់នឹងភ្លើងគឺជាស្នូល ហើយវត្ថុធាតុ polymer គឺជាសែល។នៅពេលមានការកេះកម្ដៅ សំបកវត្ថុធាតុ polymer រលាយ ហើយបន្ទាប់មកសារធាតុទប់ស្កាត់អណ្តាតភ្លើងដែលរុំព័ទ្ធត្រូវបានបញ្ចេញទៅក្នុងអេឡិចត្រូលីត ដូច្នេះទប់ស្កាត់ការបញ្ឆេះ និងការដុតអេឡិចត្រូលីតយ៉ាងមានប្រសិទ្ធភាព។(ង) រូបភាព SEM នៃ microfibers TPP@PVDF-HFP បន្ទាប់ពីការឆ្លាក់បង្ហាញយ៉ាងច្បាស់នូវរចនាសម្ព័ន្ធស្នូល-សែលរបស់ពួកគេ។របារជញ្ជីង, 5 μm។(F) រចនាសម្ព័ន្ធម៉ូលេគុលធម្មតានៃអង្គធាតុរាវអ៊ីយ៉ុងសីតុណ្ហភាពបន្ទប់ដែលប្រើជាអេឡិចត្រូលីតដែលមិនងាយឆេះសម្រាប់ LIBs ។(G) រចនាសម្ព័ន្ធម៉ូលេគុលនៃ PFPE ដែលជាអាណាឡូក PEO ដែលមិនងាយឆេះ។ក្រុមមេទីលកាបូនពីរត្រូវបានកែប្រែនៅលើស្ថានីយនៃខ្សែសង្វាក់វត្ថុធាតុ polymer ដើម្បីធានាបាននូវភាពឆបគ្នានៃម៉ូលេគុលជាមួយនឹងប្រព័ន្ធថ្មបច្ចុប្បន្ន។

វាគួរតែត្រូវបានកត់សម្គាល់ថាវាតែងតែមានការដោះដូររវាងការបន្ថយភាពងាយឆេះនៃអេឡិចត្រូលីត និងដំណើរការកោសិកាសម្រាប់សារធាតុបន្ថែមដែលបានរាយបញ្ជី ទោះបីជាការសម្របសម្រួលនេះត្រូវបានកែលម្អតាមរយៈការរចនាម៉ូលេគុលខាងលើក៏ដោយ។យុទ្ធសាស្រ្តដែលបានស្នើឡើងមួយទៀត ដើម្បីដោះស្រាយបញ្ហានេះ ពាក់ព័ន្ធនឹងការបញ្ចូលសារធាតុទប់ស្កាត់អណ្តាតភ្លើង នៅខាងក្នុងសំបកវត្ថុធាតុ polymer ការពារនៃមីក្រូហ្វាយបឺរ ដែលត្រូវបានដាក់ជង់បន្ថែមទៀតដើម្បីបង្កើតជាឧបករណ៍បំបែកមិនត្បាញ (រូប 6D)ឧបករណ៍បំបែកមីក្រូហ្វាយមិនត្បាញ electrospun ប្រលោមលោកដែលមានលក្ខណៈសម្បត្តិធន់នឹងអណ្តាតភ្លើងដែលបង្កឡើងដោយកម្ដៅត្រូវបានប្រឌិតសម្រាប់ LIBs ។ការរុំព័ទ្ធនៃសារធាតុទប់ស្កាត់អណ្តាតភ្លើងនៅខាងក្នុងសែលវត្ថុធាតុ polymer ការពារការប៉ះពាល់ដោយផ្ទាល់នៃសារធាតុ retardant ទៅនឹងអេឡិចត្រូលីត ការពារផលប៉ះពាល់អវិជ្ជមានពី retardants លើដំណើរការអេឡិចត្រូគីមីនៃថ្ម (រូប ៦ អ៊ី)ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ ប្រសិនបើការរត់ចេញដោយកម្ដៅនៃថ្ម LIB កើតឡើងនោះ សែលប៉ូលី (vinylidenefluoride-hexafluoro propylene) copolymer (PVDF-HFP) នឹងរលាយនៅពេលដែលសីតុណ្ហភាពកើនឡើង។បន្ទាប់មក សារធាតុទប់ស្កាត់អណ្តាតភ្លើង triphenyl phosphate ដែលត្រូវបានរុំព័ទ្ធនឹងត្រូវបានបញ្ចេញទៅក្នុងអេឡិចត្រូលីត ដូច្នេះមានប្រសិទ្ធភាពទប់ស្កាត់ការឆេះនៃអេឡិចត្រូលីតដែលងាយឆេះខ្លាំង។

គោលគំនិត "អេឡិចត្រូលីតកំហាប់អំបិល" ក៏ត្រូវបានបង្កើតឡើងផងដែរ ដើម្បីដោះស្រាយបញ្ហានេះ។អេឡិចត្រូលីតសរីរាង្គពន្លត់ភ្លើងទាំងនេះសម្រាប់ថ្មដែលអាចសាកបានមាន LiN (SO2F)2 ជាអំបិល និងសារធាតុទប់ស្កាត់អណ្តាតភ្លើងដ៏ពេញនិយមនៃ trimethyl phosphate (TMP) ជាសារធាតុរំលាយតែមួយគត់។ការបង្កើតដោយឯកឯងនៃ SEI អសរីរាង្គដែលបានមកពីអំបិលដ៏រឹងមាំនៅលើ anode គឺមានសារៈសំខាន់សម្រាប់ដំណើរការអេឡិចត្រូគីមីមានស្ថេរភាព។យុទ្ធសាស្ត្រប្រលោមលោកនេះអាចត្រូវបានពង្រីកទៅឧបករណ៍ការពារអណ្តាតភ្លើងផ្សេងៗ ហើយអាចបើកផ្លូវថ្មីមួយសម្រាប់ការបង្កើតសារធាតុរំលាយដែលធន់នឹងអណ្តាតភ្លើងថ្មីសម្រាប់ LIBs ដែលមានសុវត្ថិភាពជាងមុន។

អេឡិចត្រូលីតរាវដែលមិនអាចឆេះបាន។ដំណោះស្រាយចុងក្រោយចំពោះបញ្ហាសុវត្ថិភាពនៃអេឡិចត្រូលីតគឺដើម្បីបង្កើតអេឡិចត្រូលីតដែលមិនងាយឆេះខាងក្នុង។ក្រុមមួយនៃអេឡិចត្រូលីតដែលមិនងាយឆេះ ដែលត្រូវបានសិក្សាយ៉ាងទូលំទូលាយគឺ អង្គធាតុរាវអ៊ីយ៉ុង ជាពិសេសវត្ថុរាវអ៊ីយ៉ុងសីតុណ្ហភាពបន្ទប់ ដែលមិនងាយឆេះ (គ្មានសម្ពាធចំហាយអាចរកឃើញក្រោម 200 អង្សារសេ) និងមិនងាយឆេះ និងមានបង្អួចសីតុណ្ហភាពធំទូលាយ (រូប 6F)ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ការស្រាវជ្រាវបន្តគឺនៅតែត្រូវបានទាមទារដើម្បីដោះស្រាយបញ្ហានៃសមត្ថភាពអត្រាទាបដែលកើតឡើងពី viscosity ខ្ពស់ លេខផ្ទេរ Li ទាប ស្ថេរភាព cathodic ឬកាត់បន្ថយ និងការចំណាយខ្ពស់នៃសារធាតុរាវអ៊ីយ៉ុង។

Hydrofluoroethers ទម្ងន់ម៉ូលេគុលទាប គឺជាប្រភេទមួយទៀតនៃអេឡិចត្រូលីតរាវដែលមិនងាយឆេះ ដោយសារតែចំណុចពន្លឺខ្ពស់ ឬគ្មាន ភាពមិនងាយឆេះ ភាពតានតឹងលើផ្ទៃទាប ភាពស្អិតទាប សីតុណ្ហភាពត្រជាក់ទាប។ល។ការរចនាម៉ូលេគុលត្រឹមត្រូវគួរតែត្រូវបានធ្វើឡើងដើម្បីសម្របលក្ខណៈគីមីរបស់វាដើម្បីបំពេញតាមលក្ខណៈវិនិច្ឆ័យនៃអេឡិចត្រូលីតរបស់ថ្ម។ឧទាហរណ៍គួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍មួយដែលត្រូវបានរាយការណ៍នាពេលថ្មីៗនេះគឺ perfluoropolyether (PFPE) ដែលជាអាណាឡូក perfluorinated polyethylene oxide (PEO) ដែលត្រូវបានគេស្គាល់យ៉ាងច្បាស់សម្រាប់ភាពមិនឆេះរបស់វា (រូប 6G)ក្រុមមេទីលកាបូនពីរត្រូវបានកែប្រែនៅលើក្រុមស្ថានីយនៃខ្សែសង្វាក់ PFPE (PFPE-DMC) ដើម្បីធានាបាននូវភាពឆបគ្នានៃម៉ូលេគុលជាមួយនឹងប្រព័ន្ធថ្មបច្ចុប្បន្ន។ដូច្នេះ ភាពមិនឆេះ និងស្ថេរភាពកម្ដៅនៃ PFPEs អាចធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងនូវសុវត្ថិភាពនៃ LIBs យ៉ាងខ្លាំង ខណៈពេលដែលការបង្កើនចំនួននៃការផ្ទេរអេឡិចត្រូលីតដោយសារតែការរចនារចនាសម្ព័ន្ធម៉ូលេគុលតែមួយគត់។

ដំណាក់កាលទី 3 គឺជាដំណាក់កាលចុងក្រោយ ប៉ុន្តែជាដំណាក់កាលដ៏សំខាន់ជាពិសេសសម្រាប់ដំណើរការរត់គេចខ្លួនដោយកម្ដៅ។គួរកត់សំគាល់ថា ទោះបីជាមានការខិតខំប្រឹងប្រែងយ៉ាងខ្លាំងដើម្បីកាត់បន្ថយភាពងាយឆេះនៃអេឡិចត្រូលីតរាវដែលទំនើបបំផុតក៏ដោយ ការប្រើប្រាស់អេឡិចត្រូលីតរដ្ឋរឹងដែលមិនងាយនឹងបង្កជាហេតុបង្ហាញពីការសន្យាដ៏អស្ចារ្យ។អេឡិចត្រូលីតរឹងភាគច្រើនធ្លាក់ជាពីរប្រភេទ៖ អេឡិចត្រូលីតសេរ៉ាមិចអសរីរាង្គ [ស៊ុលហ្វីត អុកស៊ីដ នីត្រាត ផូស្វាត។កិច្ចខិតខំប្រឹងប្រែងដើម្បីកែលម្អអេឡិចត្រូលីតរឹងនឹងមិនត្រូវបានរៀបរាប់លម្អិតនៅទីនេះទេ ដោយសារប្រធានបទនេះត្រូវបានសង្ខេបយ៉ាងល្អរួចហើយនៅក្នុងការពិនិត្យថ្មីៗមួយចំនួន។

ទស្សនវិស័យ

កាលពីមុន សម្ភារៈប្រលោមលោកជាច្រើនត្រូវបានបង្កើតឡើងដើម្បីកែលម្អសុវត្ថិភាពថ្ម ទោះបីជាបញ្ហាមិនទាន់ត្រូវបានដោះស្រាយទាំងស្រុងក៏ដោយ។លើសពីនេះ យន្តការដែលបញ្ជាក់ពីបញ្ហាសុវត្ថិភាពមានការប្រែប្រួលទៅតាមគីមីនៃថ្មនីមួយៗ។ដូច្នេះ សម្ភារៈជាក់លាក់ដែលតម្រូវសម្រាប់ថ្មផ្សេងៗគ្នាគួរតែត្រូវបានរចនា។យើងជឿថាវិធីសាស្រ្តដែលមានប្រសិទ្ធភាពជាងនេះ និងសម្ភារៈដែលបានរចនាយ៉ាងល្អនៅតែត្រូវបានរកឃើញ។នៅទីនេះ យើងរាយបញ្ជីទិសដៅដែលអាចកើតមានជាច្រើនសម្រាប់ការស្រាវជ្រាវសុវត្ថិភាពថ្មនាពេលអនាគត។

ជាដំបូង វាជារឿងសំខាន់ក្នុងការអភិវឌ្ឍន៍នៅនឹងកន្លែង ឬក្នុងវិធីសាស្រ្ត operando ដើម្បីស្វែងរក និងតាមដានស្ថានភាពសុខភាពខាងក្នុងរបស់ LIBs ។ជាឧទាហរណ៍ ដំណើរការរត់ចេញដោយកម្ដៅគឺទាក់ទងយ៉ាងជិតស្និទ្ធទៅនឹងសីតុណ្ហភាពខាងក្នុង ឬការកើនឡើងសម្ពាធនៅក្នុង LIBs ។ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ការចែកចាយសីតុណ្ហភាពនៅក្នុងអាគុយគឺស្មុគស្មាញជាង ហើយវិធីសាស្ត្រគឺត្រូវការជាចាំបាច់ដើម្បីត្រួតពិនិត្យតម្លៃអេឡិចត្រូលីត និងអេឡិចត្រូត ព្រមទាំងឧបករណ៍បំបែក។ដូច្នេះ ការដែលអាចវាស់ស្ទង់ប៉ារ៉ាម៉ែត្រទាំងនេះសម្រាប់សមាសធាតុផ្សេងគ្នាគឺមានសារៈសំខាន់សម្រាប់ការធ្វើរោគវិនិច្ឆ័យ ហើយដូច្នេះការពារគ្រោះថ្នាក់សុវត្ថិភាពថ្ម។

ស្ថេរភាពកម្ដៅនៃឧបករណ៍បំបែកគឺមានសារៈសំខាន់សម្រាប់សុវត្ថិភាពថ្ម។សារធាតុប៉ូលីម៊ែរដែលទើបនឹងបង្កើតថ្មីដែលមានចំណុចរលាយខ្ពស់មានប្រសិទ្ធភាពក្នុងការបង្កើនភាពត្រឹមត្រូវនៃកម្ដៅរបស់ឧបករណ៍បំបែក។ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ លក្ខណៈសម្បត្តិមេកានិករបស់ពួកគេនៅតែអន់ជាង ដោយកាត់បន្ថយដំណើរការរបស់វាយ៉ាងខ្លាំងក្នុងអំឡុងពេលដំឡើងថ្ម។ជាងនេះទៅទៀត តម្លៃក៏ជាកត្តាសំខាន់ដែលគួរពិចារណាសម្រាប់ការអនុវត្តជាក់ស្តែង។

ការអភិវឌ្ឍនៃអេឡិចត្រូលីតរឹងហាក់ដូចជាដំណោះស្រាយចុងក្រោយសម្រាប់បញ្ហាសុវត្ថិភាពនៃ LIBs ។អេឡិចត្រូលីតរឹងនឹងកាត់បន្ថយយ៉ាងខ្លាំងនូវលទ្ធភាពនៃការដាច់ភ្លើងខាងក្នុងរបស់ថ្ម រួមជាមួយនឹងហានិភ័យនៃការឆេះ និងការផ្ទុះ។ទោះបីជាការខិតខំប្រឹងប្រែងដ៏អស្ចារ្យត្រូវបានឧទ្ទិសដល់ការវិវត្តនៃអេឡិចត្រូលីតរឹងក៏ដោយ ដំណើរការរបស់ពួកគេនៅតែបន្តយឺតយ៉ាវជាងអេឡិចត្រូលីតរាវ។សមាសធាតុនៃអេឡិចត្រូលីតអសរីរាង្គ និងវត្ថុធាតុ polymer បង្ហាញពីសក្តានុពលដ៏អស្ចារ្យ ប៉ុន្តែពួកគេទាមទារការរចនា និងការរៀបចំដ៏ឆ្ងាញ់។យើងសង្កត់ធ្ងន់ថាការរចនាត្រឹមត្រូវនៃចំណុចប្រទាក់ inorganic-polymer និងវិស្វកម្មនៃការតម្រឹមរបស់ពួកគេគឺមានសារៈសំខាន់សម្រាប់ការដឹកជញ្ជូន Li-ion ប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាព។

វាគួរតែត្រូវបានកត់សម្គាល់ថាអេឡិចត្រូលីតរាវមិនមែនជាសមាសធាតុថ្មតែមួយគត់ដែលអាចឆេះបានទេ។ឧទាហរណ៍ នៅពេលដែល LIBs ត្រូវបានគិតថ្លៃខ្ពស់ សមា្ភារៈ lithiated anode ដែលអាចឆេះបាន (ឧទាហរណ៍ lithiated graphite) ក៏ជាកង្វល់សុវត្ថិភាពដ៏ធំមួយផងដែរ។សារធាតុធន់នឹងអណ្តាតភ្លើង ដែលអាចទប់ស្កាត់ការឆាបឆេះយ៉ាងមានប្រសិទ្ធភាពនៃវត្ថុធាតុរឹងត្រូវបានទាមទារយ៉ាងខ្លាំងដើម្បីបង្កើនសុវត្ថិភាពរបស់ពួកគេ។សារធាតុធន់នឹងអណ្តាតភ្លើងអាចត្រូវបានលាយបញ្ចូលគ្នាជាមួយនឹងក្រាហ្វិចក្នុងទម្រង់ជាវត្ថុចងវត្ថុធាតុ polymer ឬក្របខ័ណ្ឌចរន្ត។

សុវត្ថិភាពថ្មគឺជាបញ្ហាស្មុគស្មាញ និងស្មុគ្រស្មាញ។អនាគតនៃសុវត្ថិភាពថ្ម អំពាវនាវឱ្យមានការខិតខំប្រឹងប្រែងបន្ថែមទៀតនៅក្នុងការសិក្សាអំពីយន្តការជាមូលដ្ឋានសម្រាប់ការយល់ដឹងកាន់តែស៊ីជម្រៅ បន្ថែមពីលើវិធីសាស្ត្រកំណត់លក្ខណៈកម្រិតខ្ពស់បន្ថែមទៀត ដែលអាចផ្តល់ព័ត៌មានបន្ថែមដើម្បីណែនាំការរចនាសម្ភារៈ។ទោះបីជាការពិនិត្យឡើងវិញនេះផ្តោតលើសុវត្ថិភាពកម្រិតសម្ភារៈក៏ដោយ វាគួរតែត្រូវបានកត់សម្គាល់ថា វិធីសាស្រ្តរួមគឺចាំបាច់បន្ថែមទៀតដើម្បីដោះស្រាយបញ្ហាសុវត្ថិភាពនៃ LIBs ដែលសម្ភារៈ សមាសធាតុកោសិកា និងទម្រង់ និងម៉ូឌុលថ្ម និងកញ្ចប់ដើរតួនាទីស្មើគ្នាដើម្បីធ្វើឱ្យថ្មអាចជឿទុកចិត្តបានពីមុនមក។ ពួកគេត្រូវបានបញ្ចេញទៅកាន់ទីផ្សារ។