Abstract
Baytariyada lithium-ion (LIBs) ayaa loo arkaa inay yihiin mid ka mid ah tignoolajiyada kaydinta tamarta ugu muhiimsan.Marka cufnaanta tamarta baytariyadu korodho, badbaadada baytariyadu aad bay muhiim u tahay haddii tamarta si aan ku talo gal ahayn loo sii daayo.Shilalka la xiriira dabka iyo qaraxyada LIBs ayaa si joogto ah uga dhaca adduunka oo dhan.Qaarkood waxay keeneen khataro halis ah nolosha iyo caafimaadka bini'aadamka waxayna keeneen dib u soo celinta alaabooyin badan oo ay sameeyeen warshadeeyayaasha.Dhacdooyinkani waxay xasuusinayaan in badbaadadu ay shardi u tahay baytariyada, iyo arrimaha halista ah waxay u baahan yihiin in la xalliyo ka hor inta aan mustaqbalka la isticmaalin hababka baytariyada tamarta sare leh.Dib-u-eegiddu waxay ujeedadeedu tahay in la soo koobo aasaaska asalka ah ee arrimaha badbaadada LIB iyo muujinta horumarka muhiimka ah ee dhowaan laga sameeyay agabka naqshadaynta si loo horumariyo badbaadada LIB.Waxaan filaynaa in dib u eegistani ay dhiirigelin doonto horumar dheeraad ah oo ku saabsan badbaadada batteriga, gaar ahaan LIB-yada soo baxaya ee leh cufnaanta tamarta sare.
ASALKA ARIMAHA BADBAADADA LIB
Electrolyte-ka dareeraha ah ee dabiiciga ah ee gudaha LIBs waa mid guban kara.Mid ka mid ah guul-darrooyinka ugu xun ee nidaamka LIB waa dhacdada kuleylka kuleylka ah, taas oo loo arko sababta ugu weyn ee walaacyada badbaadada batteriga.Guud ahaan, cararka kulaylku wuxuu dhacaa marka falcelinta exothermic ay ka baxdo xakamaynta.Marka heerkulka batarigu kor u kaco ~ 80 ° C, heerka falcelinta kiimikaad ee exothermic ee gudaha baytariyadu wuu kordhaa oo sii kululeeyaa unugga, taasoo keentay wareeg-celin togan.Heerkulka joogtada ah ee kor u kaca ayaa laga yaabaa inuu keeno dab iyo qaraxyo, gaar ahaan xirmooyinka baytariyada waaweyn.Sidaa darteed, fahamka sababaha iyo hababka ka cararka kulaylka waxay hagi kartaa naqshadaynta alaabta shaqaynaysa si loo hagaajiyo badbaadada iyo isku halaynta LIBs.Habka cararidda kulaylka waxaa loo qaybin karaa saddex marxaladood, sida lagu soo koobaySawirka 1.
Jaantuska 1 Saddex marxaladood ee habka kulaylka ee ka cararka.
Marxaladda 1: Bilawga kulaylka.Baytariyadu waxay ka beddelaan sidii caadiga ahayd oo waxay u beddelaan xaalad aan caadi ahayn, heerkulka gudahana wuxuu bilaabaa inuu kordho.Marxaladda 2: Kulul ururinta iyo habka sii deynta gaaska.Heerkulka gudaha si dhakhso ah ayuu u kacaa, batterigana waxa ku dhaca falcelin heer sare ah.Marxaladda 3: Gubashada iyo qaraxa.Electrolyte-ka guban kara ayaa guba, taasoo keenta dab iyo xitaa qaraxyo.
Bilawga kulaylka badan (marxaladda 1)
Orodka kulaylku wuxuu ka bilaabmaa kulaylka batteriga ee nidaamka batteriga.Kulaylka bilowga ah wuxuu ku dhici karaa natiijada batteriga oo lagu dallaco in ka badan danab loogu talagalay (lacag xad-dhaaf ah), soo-gaadhista heerkulka xad-dhaafka ah, wareegyada gaaban ee dibadda ah oo ay ugu wacan tahay fiilooyinka cilladaysan, ama wareegyada gaaban gudaha gudaha cilladaha unugyada.Waxaa ka mid ah, gaabnaanta gudaha waa sababta ugu badan ee ka cararka kulaylka oo ay adag tahay in la xakameeyo.Gaabinta guduhu waxay ku dhici kartaa xaaladaha burburka unugga sida qashinka birta oo dibadda ah oo la geliyo;shil baabuur;samaynta lithium dendrite hoos ku dallacaadda cufnaanta sare ee hadda, xaaladaha xad-dhaafka ah ama heerkulka hooseeya;iyo kala-soocida cilladaysan ee la abuuray inta lagu guda jiro kulanka batteriga, si loo magacaabo dhowr.Tusaale ahaan, horraantii Oktoobar 2013, baabuur Tesla ah oo u dhow Seattle wuxuu ku dhacay qashinka birta ah ee daloola gaashaanka iyo baakadka.Burburku wuxuu dhex galay kala-soocida polymer-ka waxayna si toos ah ugu xidheen cathode iyo anode, taasoo keentay in baytarigu si gaaban u wareego oo uu dab qabsado;2016, Samsung Note 7 dabka batteriga waxaa sabab u ah kala soocida ultrathin ee xoogga leh oo si fudud u waxyeeloobay cadaadiska dibadda ama alxanka dabaysha ee korantada togan, taasoo keentay in batteriga si gaaban u wareego.
Inta lagu jiro marxaladda 1, hawlgalka batteriga wuxuu ka beddelayaa mid caadi ah oo u beddelaya xaalad aan caadi ahayn, dhammaan arrimaha kor ku xusan waxay keeni doonaan inuu batteriga kululeeyo.Marka heerkulka gudaha uu bilaabo inuu kordho, heerka 1aad wuu dhamaanayaa oo heerka 2 ayaa bilaabmaya.
Kulul ururinta iyo habka sii daynta gaasta (marxaladda 2)
Marka marxaladda 2 ay bilaabato, heerkulka gudaha si dhakhso ah ayuu u kacayaa, batariguna wuxuu ku dhacaa falcelinta soo socota (falcelintani kuma dhacayaan siday u kala horreeyaan, qaarkood waxay dhici karaan isku mar):
(1) Dhexdhexaadiyaha adag ee elektrolytka (SEI) burburka sababtoo ah kulaylka ama dhexgalka jirka.Lakabka SEI wuxuu inta badan ka kooban yahay qaybo deggan (sida LiF iyo Li2CO3) iyo metastable [sida polymers, ROCO2Li, (CH2OCO2Li) 2, iyo ROLi].Si kastaba ha ahaatee, qaybaha dheef-shiid kiimikaadka ayaa si xad dhaaf ah u qurxin kara qiyaas ahaan> 90°C, iyagoo sii daaya gaasas ololaya iyo ogsijiin.Qaado (CH2OCO2Li)2 tusaale ahaan
(CH2OCO2Li)2→Li2CO3+C2H4+CO2+0.5O2
(2) Marka la burburiyo SEI, heerkulku wuu dhismaa, birta lithium ama lithium-ka is-dhex-galka ah ee anode-ka ayaa ka falcelin doona dareeraha organic ee ku jira electrolyte, sii daaya gaasaska ololi kara (ethane, methane, iyo kuwa kale) .Kani waa falcelin kacsi ah oo heerkulka kor u sii qaada.
(3) GoormaT> ~ 130 ° C, polyetylen (PE)/polypropylene (PP) kala-soocida ayaa bilaaba inay dhalaasho, taas oo sii xumaanaysa xaaladda oo keenta wareegga gaaban ee u dhexeeya cathode iyo anode.
(4) Ugu dambeyntii, kuleylku wuxuu keenaa kala-goynta lithium birta oxide cathode walxaha iyo natiijooyinka sii daynta ogsijiinta .Qaado LiCoO2 tusaale ahaan, kaas oo u dumi kara laga bilaabo ~ 180 ° C sida soo socota
Burburinta cathode sidoo kale waa mid aad u sarreeya, oo sii kordhinaysa heerkulka iyo cadaadiska, natiijada, waxay sii kordhisaa falcelinta.
Inta lagu jiro marxaladda 2, heerkulku wuu kordhaa iyo ogsijiinta ayaa ku ururta baytariyada gudaheeda.Habka cararidda kulaylku waxa uu ka bilaabmaa heerka 2 ilaa heerka 3 isla marka ogsijiin iyo kulayl ku filan ay u ururaan gubashada baytariga.
Gubashada iyo qaraxa (marxaladda 3)
Marxaladda 3, gubiddu waxay bilaabataa.Electrolytes-ka LIBs waa organic, kuwaas oo ku dhawaad isku darka caalamiga ah ee kaarboonaydhyada alkyl-ka ah ee meerto iyo toosan.Waxay leeyihiin isbedel sare oo gudaha aad bay u guban karaan.Qaadashada qalabka elektrolytka ee sida weyn loo isticmaalo [isku dhafka ethylene carbonate (EC) + dimethyl carbonate (DMC) (1:1 culeys ahaan)] tusaale ahaan, waxay muujineysaa cadaadiska uumiga ee 4.8 kPa heerkulka qolka iyo dhibic aad u hooseeya ee 25° ± 1°C cadaadiska hawada ee 1.013 bar .Ogsajiinta la sii daayay iyo kulaylka marxaladda 2 ayaa bixiya shuruudaha looga baahan yahay gubashada elektarooniga dabiiciga ah ee guban kara, taasoo keenaysa khataro dab ama qarax.
Marxaladaha 2 iyo 3, falcelinta qallafsanaanta waxay ku dhacaan xaaladaha adiabatic-ku-dhowaad.Haddaba, xawaaraha calorimetry-ga degdega ah (ARC) waa farsamo si weyn loo isticmaalo oo matalaysa deegaanka gudaha LIBs, kaas oo fududeeya fahamkayaga dhaqdhaqaaqa falcelinta kulaylka carartay.Jaantuska 2waxay tusinaysaa qalooca ARC ee caadiga ah ee LIB la duubay intii lagu jiray imtixaanada ku xadgudubka kulaylka.Isku daridda heerkulku wuxuu kordhiyaa heerka 2, isha kulaylka dibadda waxay kordhisaa heerkulka batteriga ilaa heerkulka bilawga ah.Heerkulkan ka sarreeya, SEI wuu burburaa, kaas oo kicin doona falcelin kiimiko ah oo dheeraad ah.Ugu dambeyntii, kala-soocida ayaa dhalaali doonta.Heerarka kulaylka is-kuleylku wuu kordhi doonaa ka dib, taasoo horseedaysa ka cararka kulaylka (marka heerka kulaylku yahay>10°C/min) iyo gubashada korantada (marxaladda 3).
Anode waa graphite microbead mesocarbon.Katoodeku waa LiNi0.8Co0.05Al0.05O2.Electrolyte-ku waa 1.2 M LiPF6 gudaha EC/PC/DMC.A Celgard 2325 kala-soocida trilayer ayaa la isticmaalay.Laga soo qaatay ogolaanshaha Electrochemical Society Inc.
Waa in la ogaadaa in falcelinta kor lagu soo bandhigay aysan si adag u dhicin midba midka kale marka loo eego amarka la bixiyay.Waxay yihiin, halkii, arrimo adag oo nidaamsan.
AALADAHA AY LEEYIHIIN BADBAADADA BATTERIGA OO LA HORMARAY
Iyada oo ku saleysan fahamka ka cararka kulaylka batteriga, habab badan ayaa la darsay, iyada oo ujeedadu tahay in la yareeyo khataraha badbaadada iyada oo loo marayo naqshadaynta macquulka ah ee qaybaha batteriga.Qaybaha soo socda, waxaan ku soo koobeynaa habab kala duwan oo agab ah oo lagu wanaajinayo badbaadada batteriga, xalinta mashaakilaadka u dhigma heerar kala duwan oo ka cararka kulaylka.
Si loo xalliyo dhibaatooyinka marxaladda 1 (bilawga kulaylka)
Qalabka anode lagu kalsoonaan karo.Samaynta Li dendrite ee anode-ka LIB waxa ay bilaabataa marxaladda koowaad ee cararka kulaylka.Inkasta oo arrintan la khafiifiyay anodes-ka LIB-yada ganacsiga (tusaale, anodes-ka carbonaceous), samaynta Li dendrite gabi ahaanba lama joojin.Tusaale ahaan, LIB-yada ganacsiga, dhigista dendrite waxay si gaar ah u dhacdaa cidhifyada graphite electrode haddii anodes-yada iyo cathodes-ka aan si fiican loo lammaanin.Intaa waxaa dheer, xaaladaha qalliinka aan habboonayn ee LIBs waxay sidoo kale keeni karaan in la dhigo birta Li ee koritaanka dendrite.Waxaa la og yahay in dendrite si fudud loo samayn karo haddii batteriga lagu dallaco (i) cufnaanta sare ee hadda jira halkaasoo dhigista birta Li ay ka dhaqso badan tahay faafinta ions Li ee garaafyada bulk;(ii) shuruudaha dallacaadda xad-dhaafka ah marka graphite la xad-dhaafo;iyo (iii) heerkulka hooseeya [tusaale, heerkulka hoosaadka (~ 0 ° C)], sababtoo ah viscosity kordhay ee dareeraha dareeraha ah iyo kororka caabbinta faafinta Li-ion.
Marka laga eego aragtida hantida alaabta, asalka asalka ah ee go'aaminaya bilawga koritaanka Li dendrite ee anode waa SEI aan xasilloonayn oo aan caadi ahayn, taas oo keenta qaybinta hadda jirta ee maxaliga ah.Qaybaha korantada, gaar ahaan waxyaalaha lagu daro, ayaa la baadhay si loo hagaajiyo lebbiska SEI oo meesha laga saaro samaynta Li dendrite.Waxyaabaha lagu daro ee caadiga ah waxaa ka mid ah xeryahooda aan noolaha ahayn [tusaale ahaan, CO2, LiI, iwm.] iyo xeryahooda organic ka kooban curaarta kaarboonka aan saturated ahayn sida carbonate vinyl iyo maleimide daro;Unugyada wareegyada ah ee aan xasilloonayn sida butyrolactone, ethylene sulfite, iyo soosaarkooda;iyo xeryahooda fluorinated sida carbonate fluoroethylene , iyo kuwo kale.Xataa heerka qaybaha-hal milyan, molecules-yadani waxay wali wanaajin karaan qaab-dhismeedka SEI, sidaas darteed homogenizing qulqulka Li-ion iyo baabi'inta suurtagalnimada sameynta Li dendrite.
Guud ahaan, caqabadaha Li dendrite ayaa wali ku jira garaafyada ama anodes-ka carbonaceous iyo silikoon/SiO oo ka kooban anodes jiilka xiga.Xallinta arrinta koritaanka Li dendrite waa caqabad muhiim u ah la qabsiga cufnaanta tamarta sare ee kimistariga Li-ion mustaqbalka dhow.Waa in la ogaadaa in, dhawaan, dadaallo la taaban karo ayaa loo huray si loo xalliyo arrinta samaynta Li dendrite ee saafiga ah anodes biraha Li by homogenizing qulqulka Li-ion inta lagu jiro kaydinta Li;tusaale ahaan, dahaarka lakabka ilaalinta, injineernimada SEI macmal ah, iwm. Dhinacan, hababka qaar ayaa laga yaabaa inay iftiimiyaan sida wax looga qabto arrinta anodes-ka carbonaceous ee LIBs sidoo kale.
Electrolytes dareere badan oo shaqeynaya iyo kala-saareyaasha.Electrolyte-ka dareeraha ah iyo kala soocida ayaa door muhiim ah ka ciyaara kala soocida cathode tamarta sare leh iyo anode.Sidaa darteed, si fiican loo qaabeeyey electrolytes multifunctional iyo kala-saarayaashu waxay si weyn u ilaalin karaan baytariyada marxaladda hore ee batteriga kuleylka (marxaladda 1).
Si looga ilaaliyo baytariyada burburinta farsamada, dareeraha dareeraha dhumucdiisuna waxay heleen ku darista fudud ee silica qiiqa kaarboonaytka (1 M LiFP6 gudaha EC/DMC) .Cadaadiska farsamada ama saamaynta, dareeruhu wuxuu muujiyaa saamaynta dhumucda xiirta oo korodhay viscosity, sidaas darteed waxay baabi'isaa tamarta saamaynta waxayna muujisaa dulqaadka burburinta (Sawirka 3A)
Jaantus. 3 Xeeladaha lagu xalliyo arrimaha marxaladda 1aad.
(A) Electrolyte-ka dhumucda xiiraya.Sare: Electrolyt-ka caadiga ah, saamaynta makaanikada waxay u horseedi kartaa baytariga gubashada gudaha, taasoo keenta dab iyo qaraxyo.gunta hoose: Electrolyte-ka cusub ee casriga ah ee leh saamaynta dhumucda xiirta ee cadaadiska ama saamaynta ayaa muujinaysa dulqaad aad u fiican in la burburiyo, taas oo si weyn u wanaajin karta badbaadada farsamada ee baytariyada.(B) Kala-soocida laba-geesoodka ah ee hore u ogaanshaha lithium dendrites.Samaynta Dendrite ee baytari dhaqameed, halkaas oo gelitaan dhamaystiran ee kala-soocida by dendrite lithium ah ayaa la ogaadaa oo kaliya marka batarigu ku guuldareysto sababtoo ah wareegga gaaban gudaha.Marka la barbardhigo, baytari lithium ah oo leh kala-soocida laba-geesoodka ah (oo ka kooban lakabka samaynta ee sandwich u dhexeeya laba kala-saarayaasha caadiga ah), halkaas oo lithium dendrite oo ka batay uu dhex galo kala-soocida oo uu xidhiidh la sameeyo lakabka naxaasta samaynaya, taasoo keentay hoos u dhacVCu-Li, taas oo u adeegta sida digniinta fashilka soo socda sababtoo ah wareegga gaaban ee gudaha.Si kastaba ha ahaatee, batteriga buuxa ayaa weli si badbaado leh u shaqaynaya oo aan eber lahayn.(A) iyo (B) waa la habeeyey ama la soo saaray ogolaansho ka timid Springer Nature.(C) Kala-soocida Trilayer si uu u isticmaalo Li dendrites-ka halista ah una kordhiyo nolosha batteriga.Bidix: Lithium anodes waxay si fudud u samayn karaan kayd dendritic, kuwaas oo si tartiib tartiib ah u kori kara oo dhex geli kara kala-soocida polymer-ka aan firfircoonayn.Marka dendrites-ku ugu dambeyntii isku xiraan cathode iyo anode, batarigu waa gaaban yahay oo wuu guuldareystaa.Midig: Lakab ka mid ah nanoparticles silica ayaa lagu sandwideeyay laba lakab oo kala soociyaal polymer ganacsi ah.Sidaa darteed, marka lithium dendrites-ku koraan oo ay galaan kala-soocida, waxay la xiriiri doonaan silica nanoparticles ee lakabka sandwiched oo si elektaroonik ah loo isticmaalo.(D) Sawirka mikroskoobiga elektarooniga ah (SEM) ee kala soocida silica nanoparticle sandwiched(E) Korantada caadiga ah iyo astaanta wakhtiga ee baytariga Li/Li oo leh kala-soociye caadi ah (qallooca cas) iyo silica nanoparticle sandwiched trilayer separator (qalooca madow) oo lagu tijaabiyay isla shuruudo isku mid ah.(C), (D), iyo (E) waxaa dib loo soo saaray iyadoo ogolaansho laga helayo John Wiley iyo Sons.(F) Sharaxaada qaabaysan ee hababka wax lagu daro shuttle shuttle.Dusha sare ee cathode-ka ee la soo dalacday, wax-ku-darka redox-ku waxa uu oksaydhaysan yahay qaabka [O], kaas oo dabadeed dib loogu soo celin doono xaaladdiisii asalka ahayd [R] oogada sare ee anode-ka iyada oo loo sii marayo electrolyte-ka.Wareegga korantada kiimikaad ee oxidation-fidinta-yaraynta-faafintu waa la sii hayn karaa si aan xad lahayn oo markaa quful awoodda cathode ee khatarta dheeraadka ah.(G) Qaab-dhismeedka kiimikaad ee caadiga ah ee wax-ka-beddelka shuttle-ga.(H) Farsamaynta daminta waxyaalaha lagu daro ku-darka xad-dhaafka ah ee koronto-kimikaad ahaan u samayn kara awood sare leh.(I) Qaab dhismeedka kiimikaad ee caadiga ah ee xidhidhiyaha wax lagu daro.Awoodaha shaqada ee waxyaalaha lagu daro waxay ku hoos taxan yihiin qaab dhismeed kasta oo molecular ee (G), (H), iyo (I).
Kala-saarayaashu waxay si elektaroonig ah u dabooli karaan cathode iyo anode waxayna door muhiim ah ka ciyaaraan la socodka xaaladda caafimaad ee batteriga goobta si looga hortago sii xumaansho hore ee marxaladda 1. Tusaale ahaan, "kala-soocida laba-geesoodka ah" oo leh qaabeynta trilayer polymer-metal-polymer (Sawirka 3B) waxay ku siin kartaa shaqo dareen koronto oo cusub.Marka dendrite uu soo baxo oo uu gaaro lakabka dhexe, wuxuu isku xiri doonaa lakabka birta iyo anode-ka sida hoos u dhaca korantada ee u dhexeeya iyaga oo isla markiiba la ogaan karo sida wax soo saarka.
Ka sokow ogaanshaha, kala-soocida trilayer waxaa loogu talagalay in uu isticmaalo Li dendrites-ka halista ah oo uu hoos u dhigo koritaankooda ka dib marka uu galo kala-soocida.Lakab ka mid ah nanoparticles silica, sandwich by laba lakab oo kala-soocida polyolefin ganacsiga (Sawirka 3, C iyo D), waxay cuni karaan li dendrites-ka khatarta ah ee gelaya, sidaas awgeed si wax ku ool ah u wanaajiya badbaadada batteriga.Nolosha batteriga la ilaaliyo ayaa si weyn loo kordhiyay qiyaastii shan jeer marka la barbar dhigo kuwa kala soocida caadiga ah (Sawirka 3E).
Ilaalinta xad-dhaafka ah.Dallacaadda xad-dhaafka ah waxaa lagu qeexaa ku dallacaadda batteriga wixii ka baxsan danabkii loogu talagalay.Dallacaadda xad-dhaafka ah waxaa kicin kara cufnaanta sare ee gaarka ah ee hadda jira, muuqaalada dallacaadda gardarrada ah, iwm, kuwaas oo keeni kara dhibaatooyin taxane ah, oo ay ku jiraan (i) dhigista birta Li ee anode-ka, taas oo si dhab ah u saameynaysa waxqabadka korantada kiimikada iyo badbaadada batteriga;(ii) Burburinta walxaha cathode, sii daaya ogsijiinta;iyo (iii) burburka elektrolytka organic, sii daaya kulaylka iyo alaabta gaaska (H2, hydrocarbons, CO, iwm), kuwaas oo ka mas'uul ah ka cararka kulaylka.Dareen-celinta elektiroonigga ah inta lagu jiro burburku waa adag yihiin, kuwaas oo qaarkood hoos lagu taxay.
Xiddigga (*) waxa ay tilmaamaysaa in gaaska hydrogen-ka uu ka soo jeedo protic, isaga oo ka tagaya kooxaha la soo saaray inta lagu guda jiro oksaydhka karbohaydraytyada ee cathode, kaas oo markaa ku faafaya anode si loo yareeyo oo uu dhaliyo H2.
Iyada oo lagu salaynayo kala duwanaanshaha shaqadooda, waxyaalaha lagu daro ilaalinta kharashka dheeraadka ah waxa loo kala saari karaa inay yihiin wax lagu daro shuttles redox iyo wax lagu daro xidhidh.Midka hore waxa uu unugga ka ilaaliyaa in lacag xad-dhaaf ah dib loogu celiyo, halka ka dambe uu si joogto ah u joojiyo hawlgalka unugga.
Redox shuttle additives waxay u shaqeeyaan iyaga oo si elektaroonik ah u damiya kharashka dheeraadka ah ee lagu duray batteriga marka xad-dhaafku dhaco.Sida ku cadSawirka 3F, farsamadu waxay ku salaysan tahay wax lagu daro redox kaas oo leh awood oksaydh ah wax yar ka hooseeya kan kala-goynta anodic-ka elektrolytka.Dusha sare ee cathode-ka ee la soo dalacday, wax-ku-darka redox-ku waxa uu oksaydhaysan yahay qaabka [O], kaas oo markaa dib loogu soo celin doono xaaladdiisii asalka ahayd [R] oogada sare ee anode ka dib marka lagu faafiyo elektrolytka.Dabadeed, wax-ku-darka la dhimay wuxuu dib ugu soo celin karaa cathode-ka, iyo wareegga korantada ee "oxidation-fixitaanka-yaraynta-faafinta" waa la sii hayn karaa si aan xad lahayn oo markaa xannibaysa awoodda cathode ee khatarta dheeraadka ah ee dheeraadka ah.Daraasaduhu waxay muujiyeen in awoodda dib-u-habaynta waxyaabaha lagu daro ay tahay inay ahaato qiyaastii 0.3 ilaa 0.4 V oo ka sarreysa awoodda cathode .
Waxyaabo taxane ah oo leh qaabab kiimiko ah oo si fiican loo habeeyey iyo awoodaha redox ayaa la sameeyay, oo ay ku jiraan organometallic metallocenes , phenothiazines , triphenylamines , dimethoxybenzenes iyo soosaarkooda, iyo 2- (pentafluorophenyl) -tetrafluoro-1,3,2-benzodioborole (benzodioborole)Sawirka 3G).Marka la toleeyo qaab-dhismeedka molecular, awoodaha oksaydhka wax lagu kordhin karo waxa lagu hagaajin karaa in ka badan 4 V, taas oo ku habboon agabka cathode-ka korantada ee degdega ah u koraya iyo electrolytes.Mabda'a naqshadeynta aasaasiga ah waxay ku lug leedahay hoos u dhigida orbital molecular ee ugu sarreeya ee lagu daro iyada oo la adeegsanayo beddelka ka-saarista elektarooniga ah, taasoo horseedaysa kororka awoodda oksaydhka.Ka sokow waxyaabaha lagu daro organic, qaar ka mid ah cusbada aan organic, kuwaas oo aan shaqayn karin oo kaliya sida milixda elektrolytka laakiin sidoo kale u adeegi kartaa sida shuttle redox, sida perfluoroborane cluster cusbada [taas oo ah, lithium fluorododecaborates (Li2B12F).xH12-x)], sidoo kale waxaa la ogaaday in ay yihiin kuwo wax-ku-ool ah oo dib-u-habayn ah.
Waxyaalaha lagu darayo daminta kharashka dheeraadka ah waa fasal ka mid ah waxyaalaha lagu daro ilaalinta kharashka dheeraadka ah ee aan laga noqon karin.Waxay u shaqeeyaan si ay u sii daayaan gaaska awood sare leh, taas oo, iyaduna, ka shaqeysiin qalab hadda carqaladeeya, ama si joogto ah electrochemically polymerizing at awood sare si ay u joojiyaan hawlgalka batteriga ka hor inta aanay natiijadu masiibo dhicin.Sawirka 3H).Tusaalooyinka kuwii hore waxaa ka mid ah xylene, cyclohexylbenzene, iyo biphenyl, halka tusaalayaasha dambe ay ka mid yihiin biphenyl iyo xeryahooda udgoonka kale ee la beddelay (Sawirka 3I).Saamaynta xun ee waxyaalaha lagu daro xidhitaanka ayaa wali ah hawlgalka muddada dheer iyo waxqabadka kaydinta ee LIBs sababtoo ah oksaydhka aan dib loo celin karin ee xeryahooda.
Si loo xalliyo dhibaatooyinka marxaladda 2 (kuleyl ururinta iyo habka sii deynta gaaska)
Qalabka cathode lagu kalsoonaan karo.Lithium okssaydhyada birta ee kala-guurka ah, sida oksaydhyada lakabka ah ee LiCoO2, LiNiO2, iyo LiMnO2;oxide nooca lafdhabarta LiM2O4;iyo nooca polyanion LiFePO4, ayaa ah kuwa caanka ah ee loo isticmaalo walxaha cathode, kuwaas oo, si kastaba ha ahaatee, leh arrimo badbaado gaar ahaan heerkulka sare.Waxaa ka mid ah, olivine-qaabaysan LiFePO4 waa mid badbaado leh, kaas oo deggan ilaa 400 ° C, halka LiCoO2 uu bilaabo inuu ku qudhmo 250 ° C.Sababta loo hagaajiyay badbaadada LiFePO4 waa in dhammaan ion oxygen-ka ay sameeyaan isku-xiryo xooggan oo leh P5 + si ay u sameeyaan PO43-tetrahedral polyanions, kaas oo dejinaya dhammaan qaab-dhismeedka saddex-geesoodka ah oo bixiya xasillooni soo hagaagtay marka la barbardhigo qalabka kale ee cathode, inkastoo ay weli jirto. ayaa la soo sheegay shilalka dabka batariga qaarkood.Welwelka ugu weyn ee nabdoonaanta ayaa ka dhasha burburka walxahan cathode ee heerkulka sarreeya iyo sii daynta ogsijiinta ee isku mar ah, taas oo wadajir u horseedi karta gubasho iyo qaraxyo, si halis ah u wax u dhimaya badbaadada batteriga.Tusaale ahaan, qaab-dhismeedka crystal-ka ah ee oksaydhka lakabka ah ee LiNiO2 waa mid aan degganayn sababtoo ah jiritaanka Ni2+, cabbirka ionic kaas oo la mid ah kan Li+.LixNiO2 (x<1) waxay u janjeertaa inay u beddesho weji nooca lafdhabarta ah oo xasilloon LiNi2O4 (spinel) iyo nooca rocksalt NiO, iyadoo ogsijiin lagu sii daayo elektrolyt dareere ah oo ku dhow 200 ° C, taasoo keenta gubasho elektrolyt ah.
Dadaal la taaban karo ayaa la sameeyay si loo hagaajiyo xasiloonida kulaylka ee alaabtan cathode iyadoo la isticmaalayo atom doping iyo dahaarka ilaalinta dusha sare.
Atom doping waxa ay si weyn u kordhin kartaa xasiloonida kulaylka ee agabka oksaydhka ee lakabka ah iyadoo ay ugu wacan tahay dhismooyinka crystal-ka ee la xasiliyay.Xasiloonida kulaylka ee LiNiO2 ama Li1.05Mn1.95O4 waxa si weyn loo wanaajin karaa iyada oo qayb ahaan lagu beddelo Ni ama Mn oo leh biraha kale ee birta ah, sida Co, Mn, Mg, iyo Al.Marka loo eego LiCoO2, soo bandhigida doping-ka iyo walxaha isku-darka ah sida Ni iyo Mn waxay si weyn u kordhin karaan burburka heerkulka bilowgaTDec, iyadoo sidoo kale laga fogaado falcelinta elektrolytka ee heerkulka sare.Si kastaba ha ahaatee, korodhka xasilloonida kuleylka cathode guud ahaan waxay la timaadaa allabaryo awood gaar ah.Si loo xalliyo dhibaatadan, walxaha cathode-ka-fiirsashada-fiirsashada ee baytariyada lithium-ka dib loo dallaci karo oo ku salaysan lithium nickel cobalt manganese oxide ayaa la sameeyaySawirka 4A) .Maaddadan, qayb kastaa waxay leedahay Ni-hodanka dhexe ee bulk iyo lakabka sare ee Mn-hodanka ah, oo hoos u dhigaysa niyadda iyo kordhinta uruurinta Mn iyo Co marka dusha sare la soo dhawaado (Sawirka 4B).Midka hore wuxuu bixiyaa awood sare, halka kan dambe uu hagaajiyo xasilloonida kulaylka.Maaddadan cusub ee cathode-ka ayaa la tusay inay hagaajiso badbaadada baytariyada iyada oo aan waxyeello loo geysan waxqabadkooda kiimikadaSawirka 4C).
Jaantuska. 4 Xeeladaha lagu xalliyo arrimaha marxaladda 2: cathodes la isku halayn karo.
(A) Jaantuska jaantuska ee qayb ka mid ah electrode togan oo leh xudunta Ni-hodanka ah oo ay ku hareeraysan yihiin lakabka sare ee-fiirsashadaQayb kastaa waxay leedahay Ni-hodanka dhexe ee bulk Li (Ni0.8Co0.1Mn0.1) O2 iyo lakabka sare ee Mn-hodanka ah [Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1) marka dusha sare loo soo dhawaado.Midka hore wuxuu bixiyaa awood sare, halka kan dambe uu hagaajiyo xasilloonida kulaylka.Celceliska halabuurka waa Li(Ni0.68Co0.18Mn0.18)O2.Mikrogaraafka elektarooniga ah ee walxaha caadiga ah ayaa sidoo kale lagu muujiyay dhanka midig.(B) Natiijooyinka falanqaynta microelectron-probe raajada ee oxide lithated ee u dambeeya Li(Ni0.64Co0.18Mn0.18)O2.Isbadalada qunyar socodka ah ee Ni, Mn, iyo Co ee dhexda ayaa muuqda.Feejignaanta Ni ayaa hoos u dhacday, iyo uruurinta Co iyo Mn waxay kor u kacdaa xagga dusha sare.(C) Raad-raacyada kala duwan ee iskaanka ee kalorimetry (DSC) ee muujinaya qulqulka kulaylka ee falcelinta elektrolytka ee leh walxo-fiirsashada-Li (Ni0.64Co0.18Mn0.18) O2, walxaha dhexe ee Ni-hodan Li(Ni0.8Co0.1Mn0. 1)O2, iyo lakabka sare ee Mn-hodanka ah [Li (Ni0.46Co0.23Mn0.31) O2].Alaabta waxaa lagu dallacay 4.3 V. (A), (B), iyo (C) waxaa lagu soo saaray ogolaansho ka timid Springer Nature.Dspectrometry raajada tamarta kala firdhisa waxay xaqiijisaa qaybaha Al iyo P ee lakabka daahan.Midig: Sawirka TEM-ga-sare ee muujinaya AlPO4 nanoparticles (~ 3 nm dhexroorka) ee lakabka daboolka nanoscale;Fallaadhaha ayaa tilmaamaya is-dhexgalka u dhexeeya lakabka AlPO4 iyo LiCoO2.(E) Bidix: Sawir unug ay ku jiraan cathode LiCoO2 oo qaawan ka dib tijaabada 12-V ee kharashka dheeraadka ah.Unugga ayaa gubay oo ku qarxay danabkaas.Midig: Sawir unug ka kooban AlPO4 nanoparticle-dahaaran LiCoO2 ka dib tijaabada 12-V ee kharashka dheeraadka ah.(D) iyo (E) ayaa dib loo soo saaray iyagoo ogolaansho ka helay John Wiley iyo Sons.
Istaraatiijiyad kale oo lagu hagaajinayo xasiloonida kulaylka waa in lagu daboolo walxaha cathode leh lakab khafiif ah oo ilaalin ah oo kuleyl ah oo Li + ah oo sameeya xeryahooda, taas oo ka hortagi karta xiriirka tooska ah ee walxaha cathode ee leh elektrolytka sidaas darteedna hoos u dhigaya falcelinta dhinaca iyo kulaylka.Dahaaryadu waxay noqon karaan filimaan aan organic ahayn [tusaale ahaan, ZnO, Al2O3, AlPO4, AlF3, iwm.], kuwaas oo qaban kara Li ions ka dib marka la nadiifiyo.Sawirka. 4, D iyo E), ama filimada organic, sida poly (diallyldimethylammonium chloride) , filimada ilaalinta ay sameeyeen γ-butyrolactone daro, iyo daro multicomponents (oo ka kooban vinylene carbonate, 1,3-propylene sulfite, iyo dimethylacetamide) .
Soo bandhigida dahaarka leh isugeynta heerkulka wanaagsan ayaa sidoo kale waxtar u leh kordhinta badbaadada cathode.Tusaale ahaan, poly (3-decylthiophene) -dahaarka LiCoO2 cathodes waxay xidhi kartaa falcelinta elektiroonigga ah iyo falcelinta dhinaca marka heerkulku kor u kaco ilaa> 80 ° C, maadaama lakabka polymer-ka ee korantada uu si dhakhso ah u beddeli karo xaalad aad u adkaysi badan.Dahaarka oligomers-ka iskood ah ee leh qaab-dhismeedka sare-laameed ayaa sidoo kale u shaqayn kara sidii lakab xannibaad kuleyl leh si ay batteriga uga xiraan dhinaca cathode.
Ururiyaha hadda kulaylka beddelan kara.Deminta falcelinta korantada ee korantada inta lagu jiro kor u kaca heerkulka batteriga ee heerka 2 wuxuu si hufan uga hortagi karaa heerkulka inuu sii kordho.Beddelka polymer-ka degdega ah ee dib loo rogi karo (TRPS) ayaa lagu dhex daray gudaha ururiyaha hadda (Sawirka 5A) .Filimka khafiifka ah ee TRPS wuxuu ka kooban yahay qaybo nikkel ah oo nanostructured nanostructured ah (GrNi) sida filler iyo PE matrix oo leh isugeyn ballaaran oo kulaylka ah (α ~ 10−4 K-1).Aflaanta isku-dhafka ah ee polymer-ka sida-fabricateed waxay muujinayaan firfircooni sare (σ) heerkulka qolka, laakiin marka heerkulku soo dhawaado heerkulka beddelkaTs), korantadu waxay hoos ugu dhacdaa 1 s gudahood todobo ilaa sideed amar oo baaxad weyn taasoo ay ugu wacan tahay ballaarinta mugga polymer, kaas oo kala sooca qaybaha korantada oo jebiya dariiqyada korantada (Sawirka 5B).Filimku isla markaaba wuxuu noqdaa dahaar oo sidaas ayuu joojiyaa shaqada baytariga (Sawirka 5C).Habkani waa mid aad loo bedeli karo oo shaqayn kara xitaa ka dib dhacdooyin badan oo kuleyl ah iyada oo aan waxyeello loo geysan waxqabadka.
Jaantus. 5 Xeeladaha lagu xalliyo arrimaha marxaladda 2.
(A) Sharaxaada qaabaynta kuleyliyaha kuleyliyaha ee hadda jira ee TRPS.Bateriga badbaadada leh wuxuu leeyahay hal ama laba ururiye oo hadda lagu dahaadhay lakabka TRPS ee khafiifka ah.Waxay u shaqeysaa si caadi ah heerkulka qolka.Si kastaba ha noqotee, haddii ay dhacdo heerkul sare ama hadda weyn, matrix-ka polymer-ka ayaa balaadha, sidaas awgeed kala soocida qaybaha korantada, taas oo hoos u dhigi karta dhaqdhaqaaqeeda, si weyn u kordhinaysa caabbinta iyo xiritaanka batteriga.Qaab dhismeedka batteriga sidaas ayaa lagu ilaalin karaa iyada oo aan waxyeello loo geysan.Marka la qaboojiyo, polymer-ku wuu yaraada oo wuxuu dib u helaa dariiqyadii asalka ahaa ee hadhaaga.(B) Isbeddelada iska caabinta filimada TRPS ee kala duwan sida heerkulka heerkulka, oo ay ku jiraan PE/GrNi oo leh culeysyo GrNi kala duwan iyo PP/GrNi oo leh 30% (v/v) GrNi.(C) Koobitaanka awoodda batteriga badbaadada leh ee LiCoO2 ee u dhexeeya 25°C iyo xidhitaankaAwoodda eber ku dhow ee 70°C waxay muujineysaa xirid buuxda.(A), (B), iyo (C) waxaa lagu soo saaray ogolaansho ka timid Springer Nature.(D) Matalaadda qaabaysan ee fikradda xidhitaanka ku salaysan microsphere ee LIBs.Electrodes-ku waxay ku shaqaynayaan heerkulbeegyo heerkulbeegyo ah oo ka sarreeya heerkulka batteriga gudaha ee muhiimka ah, mara kala-guurka kulaylka (dhalaalaya).Kaabsoosha dhalaalaysa waxay dahaariyaan dusha sare ee korantada, iyaga oo samaynaaya xayndaab ionically ah oo xidhaya unugga baytariga.(E) Xuub ka kooban 94% alumina iyo 6% styrene-butadiene caag (SBR) xidhe ah ayaa lagu diyaariyey habka shubista.Midig: Sawirro muujinaya xasilloonida kulaylka kala-soocida isku-dhafka ah ee aan noolaha ahayn iyo kala-soocida PE.Kala soocida waxaa lagu hayaa 130 ° C 40 daqiiqo.PE ayaa si weyn uga soo gaabsaday aagga leh labajibbaaran oo dhibco leh.Si kastaba ha ahaatee, kala soocida isku dhafan ma muujin hoos u dhac muuqda.Dib loo soo saaray iyadoo ogolaansho laga haysto Elsevier.FSare: polyimide (PI).Dhexe: cellulose.Hoosta: poly (butylene) terephthalate.(G) Bidix: Isbarbardhigga muuqaalka DSC ee PI iyo kala soocida PE iyo PP;Kala-soocida PI waxay muujinaysaa degganaansho kulayleed heerkul ah oo u dhexeeya 30 ° ilaa 275 ° C.Midig: Sawirrada kamaradaha dhijitaalka ah ee isbarbar dhigaya qoyaanka kala-soocida ganacsiga iyo kala-soocida PI-da ee sida-samaysan ee leh korontolayt propylene carbonate ah.Dib loo soo saaray iyadoo ogolaansho laga haysto Ururka Kiimikada Maraykanka.
Kala-saareyaasha xidhitaanka kulaylka.Istaraatiijiyad kale oo looga hortagayo baytariyada ka cararka kulaylka inta lagu jiro marxaladda 2 waa in la xiro dariiqa haynta ee Li ions iyada oo loo marayo kala-soocida.Kala-saarayaashu waa qaybo muhiim ah oo loogu talagalay badbaadada LIBs, maadaama ay ka hortagayaan xiriir toos ah oo koronto ah oo u dhexeeya cathode tamarta sare leh iyo agabka anode-ka iyadoo u oggolaanaysa gaadiidka ionic.PP iyo PE waa walxaha inta badan la isticmaalo, laakiin waxay leeyihiin xasillooni kuleyl oo liidata, oo leh dhibco dhalaalid ah ~ 165 ° iyo ~ 135 ° C, siday u kala horreeyaan.LIB-ganacsiyeedka, kala-soocida leh qaab-dhismeedka trilayer PP/PE/PP ayaa mar hore la baayacmushtarray, halkaasoo PE ay tahay lakabka dhexe ee difaaca.Marka heerkulka gudaha ee batteriga uu ka sarreeyo heerkulka muhiimka ah (~ 130 ° C), lakabka PE ee daboolan ayaa qayb ahaan dhalaaliya, xira daloolada filimka iyo ka hortagga socdaalka ions ee dareeraha dareeraha ah, halka lakabka PP uu bixiyo taageero farsamo si looga fogaado gudaha. gaabin .Taas beddelkeeda, xidhitaanka kulaylka ay keentay ee LIB sidoo kale waxaa lagu gaari karaa iyadoo la isticmaalo heerkulbeegga PE ama paraffin wax microspheres sida lakabka difaaca ee anodes-ka baytariyada ama kala-soocida.Marka heerkulka batteriga gudaha uu gaaro qiimo muhiim ah, microspheres-ku wuu dhalaali oo ku daboolaa anode/kala-soocida xannibaad aan la dhaafi karin, joojinta gaadiidka Li-ion oo xiraya unugga si joogto ah (Sawirka 5D).
Kala-saarayaasha leh xasilloonida kulaylka sare.Si loo hagaajiyo xasiloonida kulaylka ee kala-saareyaasha baytariga, laba hab ayaa la sameeyay dhowrkii sano ee la soo dhaafay:
(1) Kala-soocida dhoobada kor loo qaaday, oo lagu sameeyay dahaar toos ah ama korriinka dusha sare ee lakabyada dhoobada sida SiO2 iyo Al2O3 ee dusha sare ee polyolefin ee jira ama iyadoo budo dhoobo ah lagu dhejiyay alaabta polymeric.Sawirka 5E) , muuji dhibco dhalaalid aad u sarreeya iyo xoog farsamo oo sarreeya iyo sidoo kale waxay leeyihiin koror kuleyl ah oo aad u sarreeya.Qaar ka mid ah kala-soocida isku-dhafka ah ee lagu been-abuuray istiraatijiyaddan ayaa la xayaysiiyay, sida Separion (magaca ganacsiga).
(2) Beddelida walxaha kala-soocida ee polyolefin ilaa polymers heerkul sare oo dhalaalaysa oo leh hoos u dhac yar marka la kululeeyo, sida polyimide, cellulose, poly (butylene) terephthalate, iyo poly (esters) kale oo isku mid ah, waa istiraatiijiyad kale oo wax ku ool ah oo lagu hagaajinayo xasiloonida kulaylka. kala saarayaasha (Sawirka 5F).Tusaale ahaan, polyimide waa kuleyliyaha heerkulbeegga ah ee loo arko beddelka rajo leh sababtoo ah xasilloonida kulaylka aadka u fiican (xasillooni ka badan 400°C), caabbinta kiimikada wanaagsan, xoogga adkaysiga sare, qoynta elektrolytka wanaagsan, iyo dib u dhaca ololkaSawirka 5G) .
Xirmooyinka baytari oo leh shaqeyn qaboojin.Nidaamyada maaraynta kulaylka cabbirka aaladda ee ay awood u leedahay wareegga hawada ama qaboojinta dareeraha ayaa loo isticmaalay si loo hagaajiyo waxqabadka batteriga oo hoos u dhigo kororka heerkulka.Intaa waxaa dheer, walxaha isbeddelka wejiga sida wax-ka-soo-saarka paraffin ayaa lagu dhex daray xirmooyinka baytariga si ay u noqdaan weel kuleyl si loo habeeyo heerkulkooda, sidaas darteed ka fogaanshaha ku-xadgudubka heerkulka.
Si loo xalliyo dhibaatooyinka marxaladda 3 (gubashada iyo qaraxa)
Kuleylka, ogsijiinta, iyo shidaalka, oo loo yaqaan "saddex-xagalka dabka," ayaa ah maaddooyinka lagama maarmaanka u ah inta badan dabka.Marka la ururiyo kulaylka iyo ogsijiinta la dhaliyo inta lagu jiro marxaladaha 1 iyo 2, shidaalka (taas oo ah, electrolytes aadka u ololaya) ayaa si toos ah u bilaabi doona gubasho.Yaraynta ololka dareerayaasha korantada ayaa muhiim u ah badbaadada batteriga iyo codsiyada baaxadda leh ee dheeraadka ah ee LIBs.
Waxyaalaha lagu daro ololka.Dadaal cilmi baaris oo aad u weyn ayaa loo huray horumarinta waxyaabaha lagu daro ololka si loo yareeyo ololka dareeraha dareeraha ah.Inta badan waxyaabaha lagu daro ololka ee loo isticmaalo dareeraha dareeraha ah waxay ku salaysan yihiin xeryahooda fosfooraska dabiiciga ah ama iskudhisyada halogenated organic.Maaddaama halogen-yadu ay khatar ku yihiin deegaanka iyo caafimaadka bini'aadamka, xeryahooda fosfooraska dabiiciga ah ayaa ah musharraxiin rajo badan leh oo lagu daro ololka-dejinta sababtoo ah awooddooda ololka-dejinta sare iyo saaxiibtinimo deegaanka.Xeryahooda fosfooraska ee caadiga ah waxaa ka mid ah trimethyl phosphate, triphenyl phosphate, bis (2-methoxyethoxy) methylallylphosphonate, tris (2,2,2-trifluoroethyl) phosphite, (ethoxy) pentafluorocyclotriphosphazene, ethylene ethyl phosphate, iwm.Sawirka 6A).Habka saamaynta dib u dhaca ololka ee xeryahooda fosfooraska ku jira ayaa guud ahaan la rumeysan yahay inay yihiin habka kiimikaad xagjirka ah.Inta lagu jiro gubashada, molecules-ka ku jira fosfooraska waxay u jajabin karaan fosfooraska-ka kooban noocyada xorta ah ee xagjirka ah, kuwaas oo markaa joojin kara xagjirnimada (tusaale, H iyo radicals OH) ee la soo saaro inta lagu jiro faafinta falcelinta silsiladda kuwaas oo mas'uul ka ah gubasho joogto ah.Sawirka 6, B iyo C).Nasiib darro, hoos u dhigista ololka marka lagu daro fosfooraska-ka kooban ololayaasha ololku waxay ku timaadaa kharashka waxqabadka korantada.Si loo hagaajiyo ganacsigan, cilmi-baarayaasha kale waxay sameeyeen qaar ka mid ah wax ka beddelka qaabdhismeedka molecular: (i) fluorination qayb ka mid ah fosfooraska alkyl waxay hagaajin kartaa xasilloonidooda yaraynta iyo waxtarkooda dib u dhaca ololka;(ii) Isticmaalka xeryahooda oo leh labadaba filim-samaynta ilaalinta iyo hantida ololka, sida bis (2-methoxyethoxy) methylallylphosphonate, halkaas oo kooxaha allylic ay polymerize karaan oo ay sameeyaan filim SEI deggan oo ku yaal dusha garaafka, sidaas darteed si wax ku ool ah uga hortagga dhinaca khatarta ah. falcelinta;(iii) Beddelka P (V) phosphate ilaa P (III) fosfit, kuwaas oo fududeeya samaynta SEI oo awood u leh inay damiso khatarta ah PF5 [tusaale, tris (2,2,2-trifluoroethyl) phosphite];iyo (iv) lagu beddelo waxyaabaha lagu daro organophosphorus oo lagu daray fosfaziin wareeg ah, gaar ahaan cyclophosphazene fluorinated, kuwaas oo xoojiyey iswaafajinta korantada.
Jaantuska. 6 Xeeladaha lagu xallinayo arrimaha marxaladda 3aad.
(A) Hababka molecular ee caadiga ah ee lagu daro ololka.(B) Farsamaynta saamaynta ololka ee xeryahooda fosfooraska ku jira ayaa guud ahaan la rumeysan yahay inay yihiin habka kiimikada xagjirka ah, kaas oo joojin kara falcelinta silsiladda xagjirka ah ee ka masuulka ah falcelinta gubashada ee wejiga gaaska.TPP, triphenyl fosfooraska.(C) Waqtiga is-daminta (SET) ee kaarboonaytiga caadiga ah ayaa si weyn hoos loogu dhigi karaa marka lagu daro triphenyl phosphate.(D) Jadwalka kala-soocida "caqli leh" ee elektiroonigga ah oo leh kuleyl-kicin guryaha ololka ee LIBs.Kala-soocida xorta ah waxay ka kooban tahay microfibers oo leh qaab dhismeed xudun ah, halkaas oo ololka ololku uu yahay xudunta iyo polymer-ka.Marka kulaylka kiciyo, qolof-polymer-ka ayaa dhalaali ka dibna dab-demiska ololka ee daboolan ayaa lagu sii daayaa korantada, sidaas darteed si wax ku ool ah u xakameynaya dabka iyo gubashada electrolytes.(E) Sawirka SEM ee TPP@PVDF-HFP microfibers ka dib marka la xoqo waxay si cad u muujineysaa qaab dhismeedka qolofka xudunta u ah.Bar miisaan, 5 μm.F(G) Qaab-dhismeedka molecular ee PFPE, analoog PEO ah oo aan guban karinLaba kooxood oo methyl carbonate ah ayaa wax laga beddeley oo ku yaal marinnada silsiladaha polymer si loo hubiyo in ay ku habboon yihiin unugyadu nidaamyada baytariyada hadda jira.
Waa in la ogaadaa in had iyo jeer uu jiro is-dhaafsi u dhexeeya hoos u dhaca ololka elektrolytka iyo waxqabadka unugga ee waxyaabaha lagu daro ee liiska ku jira, inkasta oo tanaasulkan la hagaajiyay iyada oo loo marayo naqshadaha molecular ee kor ku xusan.Istaraatiijiyad kale oo la soo jeediyay si loo xalliyo dhibaatadan waxaa ka mid ah in lagu daro ololka dib-u-celinta gudaha gudaha qolofka polymer-ka difaaca ee microfibers, kuwaas oo la sii dhejiyay si ay u sameeyaan kala-soociye aan duubnayn (Sawirka 6D) .Qalab cusub oo elektaroonik ah oo aan xidhxidhnayn kala-soocida microfiber-ka oo leh guryaha ololka-celinta kulaylka ayaa loo sameeyay LIBs.Isku-dubbaridka dab-demiska gudaha gudaha qolofka difaaca ee polymer-ka ayaa ka hortagaya soo-gaadhista tooska ah ee dab-demiska korantada, isaga oo ka hortagaya saameynta taban ee dib-u-celinta ee waxqabadka korantada ee baytariga (Sawirka 6E).Si kastaba ha ahaatee, haddii kulaylka batteriga LIB yimaado, poli (vinylidenefluoride-hexafluoro propylene) copolymer (PVDF-HFP) qolof ayaa dhalaali doona marka heerkulku kordho.Dabadeed daahidiyaha ololka fosfatka ee triphenyl fosfate ee la duubay ayaa lagu sii dayn doonaa korantada, sidaas darteed si wax ku ool ah u xakameynaya gubashada korantada aadka u ololaysa.
Fikradda "electrolyte-ku-saaran" ayaa sidoo kale la sameeyay si loo xalliyo dhibaatadan.Electrolytes-yada dabiiciga ah ee dab-damiya ee loogu talagalay baytariyada dib loo dallaci karo waxaa ku jira LiN(SO2F)2 oo ah milixda iyo ololka caanka ah ee trimethyl phosphate (TMP) oo ah dareeraha kaliya.Sameynta kediska ah ee SEI-ga aan dabiiciga ahayn ee cusbada ka soo baxday ee anode-ka ayaa muhiim u ah waxqabadka korantada ee deggan.Istaraatiijiyadan cusub waxaa lagu kordhin karaa dab-celiyayaal kale oo kala duwan waxaana laga yaabaa inay furto waddo cusub oo lagu horumariyo dareerayaasha ololka-celiya ee cusub ee LIBs badbaado leh.
Electrolytes dareere ah oo aan guban karin.Xalka kama dambaysta ah ee arrimaha badbaadada elektrolytka ayaa noqon doona in la sameeyo korontolytooyin aan guban oo gudaha ah.Hal koox oo ah electrolytes-ka aan guban oo si weyn loo dersay waa dareerayaasha ionic, gaar ahaan heerkulka qolka ion dareere ah, kuwaas oo aan isbedelayn (ma jiraan cadaadis la ogaan karo oo ka hooseeya 200 ° C) oo aan guban karin oo leh daaqad heerkul ballaaran.Sawirka 6F) .Si kastaba ha ahaatee, cilmi-baaris joogto ah ayaa weli loo baahan yahay si loo xalliyo arrimaha awoodda heerka hoose ee ka dhalanaya viscosity-kooda sare, lambarka wareejinta Li ee hooseeya, xasillooni-darrada cathodic ama dib-u-dhiska, iyo qiimaha sarreeya ee dareeraha ionic.
Hydrofluoroethers miisaankoodu yar yahay waa nooc kale oo dareere ah oo dareere ah oo aan guban sababtoo ah sare ama dhibicda toosan, nonflammability, kacsanaanta dusha hoose, viscosity hoose, heerkulka qaboojinta hooseeya, iwm.Naqshad molecular oo habboon waa in la sameeyaa si loo waafajiyo hantidooda kiimikaad si loo buuxiyo shuruudaha electrolytes batteriga.Tusaalaha xiisaha leh ee dhowaan la soo sheegay waa perfluoropolyether (PFPE), oo ah polyetylen oxide (PEO) analog oo si fiican loo yaqaan 'nonflammability'Sawirka 6G) .Laba kooxood oo methyl carbonate ah ayaa wax laga beddelay kooxaha dhamaadka silsiladaha PFPE (PFPE-DMC) si loo hubiyo in ay ku habboon yihiin molecules-yada nidaamyada batteriga hadda jira.Markaa, xasiloonida kuleyl la'aanta iyo kulaylka ee PFPEs waxay si weyn u wanaajin kartaa badbaadada LIBs iyadoo la kordhinayo lambarka wareejinta korantada sababtoo ah qaabeynta qaabdhismeedka kelli ee gaarka ah.
Marxaladda 3aad waa heerka ugu dambeeya laakiin gaar ahaan marxaladda muhiimka ah ee geeddi-socodka kuleylka kuleylka.Waa in la ogaadaa in inkasta oo dadaallo weyn loo huray si loo dhimo ololka dareeraha casriga ah ee dareeraha ah, isticmaalka qalabka adag ee korantada ee aan isbeddelin waxay muujinaysaa ballanqaad weyn.Electrolytes adag inta badan waxay u kala baxaan laba qaybood: Electrolytes ceramic inorganic [sulfides, oxides, nitrides, phosphates, iwm.] iyo polymer electrolytes adag [isku dhafan Li cusbada leh polymers, sida poly (ethylene oxide), polyacrylonitrile, iwm.].Dadaallada lagu hagaajinayo electrolytes adag halkan laguma faahfaahin doono, maaddaama mawduucan mar horeba si fiican loo soo koobay dhowr dib u eegis dhowaan ah.
MUUQAAL
Waagii hore, waxyaabo badan oo cusub ayaa la sameeyay si loo hagaajiyo badbaadada batteriga, in kasta oo dhibaatada aan weli si buuxda loo xallin.Intaa waxaa dheer, hababka asaasiga ah ee arrimaha badbaadada ayaa ku kala duwan kiimiko batari kasta oo kala duwan.Sidaa darteed, alaab gaar ah oo loogu talagalay baytariyada kala duwan waa in la qaabeeyaa.Waxaan aaminsanahay in habab aad u hufan iyo agab si fiican loo nashqadeeyay ay weli yihiin in la ogaado.Halkan, waxaan ku taxnay dhowr tilmaamood oo suurtagal ah ee cilmi-baarista badbaadada batteriga mustaqbalka.
Marka hore, waa muhiim in lagu horumariyo goobta ama hababka operando si loo ogaado loona kormeero xaaladaha caafimaadka gudaha ee LIBs.Tusaale ahaan, habka cararidda kulaylka waxay si dhow ula xiriirtaa heerkulka gudaha ama kororka cadaadiska gudaha LIBs.Si kastaba ha ahaatee, qaybinta heerkulka gudaha baytariyadu waa mid adag, waxaana loo baahan yahay hababka si sax ah loola socdo qiyamka electrolytes iyo electrodes, iyo sidoo kale kala-baxayaasha.Haddaba, awood u yeelashada cabbirradan qaybaha kala duwan waxay muhiim u tahay ogaanshaha iyo ka hortagga khataraha badbaadada batteriga.
Degganaanshaha kulaylka ee kala soocida ayaa muhiim u ah badbaadada batteriga.polymers-ka cusub ee la sameeyay ee leh dhibco dhalaalid sare ayaa wax ku ool u ah kordhinta daacadnimada kulaylka ee kala-soocida.Si kastaba ha ahaatee, hantidooda makaanikada ah ayaa weli ah kuwo ka hooseeya, si weyn u yareynaya hawl-qabadkooda inta lagu jiro kulanka batteriga.Waxaa intaa dheer, qiimaha sidoo kale waa arrin muhiim ah oo ay tahay in loo tixgeliyo codsiyada la taaban karo.
Horumarinta korantada adag waxay u muuqataa inay tahay xalka ugu dambeeya ee arrimaha badbaadada LIBs.Electrolyte-ka adag waxa uu si weyn u dhimi doonaa suurtagalnimada in batteriga uu yaraado gudaha, oo ay la socoto khatarta dabka iyo qaraxyada.In kasta oo dadaallo weyn loo huray horumarinta elektrolytka adag, haddana wax qabadkoodu wuu sii socdaa inuu ka sii dambeeyo kan dareeraha dareeraha ah.Isku-dhafka elektrolytka-ka-soo-baxa ah iyo polymer-ka ayaa muujinaya karti weyn, laakiin waxay u baahan yihiin naqshad jilicsan iyo diyaargarow.Waxaan carrabka ku adkeyneynaa in naqshadeynta saxda ah ee isku-xirayaasha-polymer-ka-inorganic-polymer-ka iyo injineernimada isku-dheellitirkooda ay muhiim u yihiin gaadiidka waxtarka leh ee Li-ion.
Waa in la ogaadaa in dareeraha dareeraha ah uusan ahayn qaybta kaliya ee batteriga ee gubanaysa.Tusaale ahaan, marka LIB-yada si weyn loo dallaco, agabka anode-ka ee guban kara (tusaale, graphite lithated) sidoo kale waa walaac weyn oo badbaado leh.Dib-u-celinta ololka ee si wax-ku-ool ah u dajin kara dabka agabka adag ayaa si aad ah looga dalbaday inay kordhiyaan ammaankooda.Dib-u-celinta ololka waxaa lagu qasi karaa garaafka qaab-xidhayaasha polymer ama qaab-dhismeedka.
Badbaadada baytarigu waa dhibaato aad u adag oo casri ah.Mustaqbalka badbaadada baytarigu waxa uu ku baaqayaa dadaallo dheeraad ah oo lagu sameeyo daraasaadka farsamada aasaasiga ah si loo fahmo qoto dheer marka lagu daro hababka sifada horumarsan, kaas oo bixin kara macluumaad dheeraad ah si loo hago naqshadaynta alaabta.Inkasta oo Dib-u-eegistani ay diiradda saarayso badbaadada heerka agabka, waa in la ogaadaa in hab dhammaystiran loo sii baahan yahay si loo xalliyo arrinta badbaadada ee LIBs, halkaas oo agabka, qaybaha unugga iyo qaabka, iyo moduleka batteriga iyo baakadyadu ay ciyaaraan door isku mid ah si ay uga dhigaan baytariyada la isku halayn karo ka hor. suuqa ayaa lagu sii daayaa.
TIXRAAC IYO XUSUUS
Kai Liu.
Waqtiga boostada: Jun-05-2021
