Lithiumbatterie Sicherheitsdesign: Aktivstoffe, Elektrolyte und Zwerchfell!

1 Membranschutztechnologie
1.1 Oberflächenmodifikation Auf der Basis der ursprünglichen Polyolefinmembran kann eine Oberflächenbeschichtung die Hochtemperaturbeständigkeit und die elektrochemische Leistung der Membran verbessern. Zu den beschichtungsmodifizierten Materialien gehören hauptsächlich anorganische Nanopartikel und organische Polymere.
Anorganisch modifizierte Beschichtungsmaterialien umfassen anorganische Al2O3-, SiO2-, TiO2- und ZrO2-Partikel. Im Vergleich zu Al2O3 weist die Böhmit-Keramikbeschichtung (AlOOH) eine höhere Wärmebeständigkeitstemperatur, eine geringere Dichte, einen geringen Innenwiderstand und andere Vorteile auf, wodurch das zukünftige Anwendungspotenzial von AlOOH-modifizierten Membranen größer ist . Zwei Arten von Verbundmembranen, B1 und B2, wurden unter Verwendung von 0,741 μm und 1,172 μm dickem Böhmitpulver als Beschichtungsmaterial, PVDF als Bindemittel und einer 9 μm dicken PP-Membran als Substrat hergestellt und ihre Eigenschaften getestet. Die Gesamtleistung der Boehmite/PP-Verbundmembran ist besser als die der PP-Membran. Beispielsweise schrumpft das B0-Diaphragma (unmodifiziertes PP-Diaphragma) bei 140 °C um mehr als 57 %, während das B1-Diaphragma weniger als 3 % beträgt und bei 180 °C intakt bleibt; Die Zugfestigkeit der B1-Membran war 18,8 % höher als die der B0-Membran und die Durchstoßfestigkeit der B2-Membran war 54,4 % höher als die der B0-Membran. Innerhalb von 30 Sekunden könnte der Elektrolyt das B2-Diaphragma vollständig infiltrieren, während das B0-Diaphragma weniger als die Hälfte der Fläche infiltrieren könnte.
Al2O3, Böhmit und andere anorganische Nanobeschichtungen können zwar die Hitzebeständigkeit der Membran erhöhen, verstopfen aber auch leicht die Poren der Membran und behindern die Übertragung von Li+. Aus diesem Grund verwenden Forscher Polymere als Beschichtungsmaterialien, um Polyolefinmembranen zu modifizieren. Zu diesen Polymeren gehören PVDF, PVDC, ANF, PAN, PMMA und PDA. Die Beschichtung von Polyolefinmembranen mit PVDF und Copolymer ist derzeit eine ausgereifte Methode zur Membranmodifikation.

1.2 Verschiedene Membransysteme Polyimid (PI)-basierte Membranen gelten aufgrund ihrer guten Hitzebeständigkeit, chemischen Stabilität und idealen mechanischen Eigenschaften als die nächste Generation von Membranmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien. Das durch Elektrospinnverfahren hergestellte PI-Diaphragma bietet die Vorteile niedriger Kosten, hoher Kontrollierbarkeit und hoher Porosität, aber das hergestellte Diaphragma weist eine schlechte mechanische Festigkeit, große Porengröße und breite Porengrößenverteilung auf, was die Selbstentladung und Übersprechreaktion des Diaphragmas verschlimmern kann Batterie. Darüber hinaus weist das Elektrospinning-Verfahren auch Probleme hinsichtlich geringer Produktivität, schlechter Reproduzierbarkeit und Umweltverschmutzung auf, und es gibt immer noch viele Engpässe bei der Herstellung im industriellen Maßstab. In diesem Zusammenhang haben YR Deng et al. stellten mithilfe der Sol-Gel-Methode und überkritischer Trocknung eine PI-Aerogel-Membran (PIA) mit gleichmäßiger Porosität, hoher Temperaturbeständigkeit und guter elektrochemischer Leistung her und verwendeten sie in Lithium-Ionen-Batterien. Die Porosität (78,35 %) und die Elektrolytabsorptionsrate (321,66 %) des PIA-Diaphragmas sind hoch, was zur Verbesserung der elektrochemischen Leistung von Lithium-Ionen-Batterien beiträgt. Die LiFePO4-Li-Halbbatterie mit PIA-Membran kann mehr als 1000 Mal mit einem Verhältnis von 1C bei 2,8 bis 4,2 V stabil zyklisch betrieben werden, und die Kapazitätserhaltungsrate liegt über 80 %. Dank der hohen thermischen Stabilität von PIA kann die LiFePO4-Li-Halbbatterie mit PIA-Membran bei 120 °C stabil zyklisch betrieben werden. Um den Effekt der Verbesserung der Sicherheitsleistung von Lithium-Ionen-Batterien zu bestimmen, wird die positive LiFePO4-Elektrode PIA verwendet Der Separator und die negative Graphitelektrode wurden zu einer flexiblen Verpackungsbatterie zusammengebaut, verglichen mit dem Celgard 2400-Separator, und das thermische Durchgehensverhalten der gesamten Batterie wurde mit einem Beschleunigungskalorimeter (ARC) untersucht. Es wurde festgestellt, dass die thermische Durchgehtemperatur der Batterie mit der PIA-Membran von 131 °C auf 170 °C mit der Celgard 2400-Membranbatterie erhöht werden kann, und die Steigerungsrate beträgt etwa 30 %.
Unter den vielen Systemmembranen gibt es Membranen aus Polyethylenterephthalat (PET), Zellulose, Fluorpolymer usw. Die wichtigsten Leistungsparameter mehrerer Membranen und Membranen aus Polyolefin (PP oder PE) werden in Tabelle 1 verglichen.

Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, wurden sowohl die thermische Stabilität als auch die Flüssigkeitsabsorptionsrate dieser Membranen erheblich verbessert, was mehr Optionen für die Entwicklung hochsicherer Lithium-Ionen-Batterien bietet.

1.3 Thermisch geschlossene MembranBei der thermisch geschlossenen Membran handelt es sich um eine Membran, die bei einer bestimmten Temperatur ein geschlossenes Loch aufweist und den Ionenkanal blockiert. Die anfängliche thermische Dichtungsmembran sollte die Oberfläche der PP-Membran mit Paraffin-Mikrokügelchen beschichten, aber aufgrund der großen Größe der Mikrokügelchen und der ungleichmäßigen Beschichtung wurde die Verhältnisleistung der Batterie beeinträchtigt. Darüber hinaus ist die Reaktion der Paraffin-Mikrokügelchen langsam, wenn die Temperatur schnell ansteigt, was leicht zu einer Verzögerung der Temperaturreaktion führt und das thermische Durchgehen der Batterie nicht eindämmen kann. Aus diesem Grund haben WX Ji et al. schlugen eine Heißsiegelmembran vor, die mit Mikrokügelchen aus Ethylen-Vinylacetat-Copolymer modifiziert war. Dank der geeigneten thermischen Reaktionstemperatur (90 °C), der geringen Partikelgröße (ca. 1 μm) und der hohen chemischen und elektrochemischen Stabilität der Mikrokügelchen aus Ethylen-Vinylacetat-Copolymer stellt die mikrokügelchenmodifizierte Membran sicher, dass nicht nur die elektrochemische Leistung nicht beeinträchtigt wird , sondern auch die zuverlässige thermische Abschaltfunktion bei hohen Temperaturen. Die 20-Ah-Lithium-Kobaltat-Graphit-Batterie mit flexibler Verpackung wurde mit einer PP-Membran bzw. einer modifizierten Membran zusammengebaut und der Kurzschlusstest durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen Folgendes: Zu Beginn des Kurzschlusses fällt die Spannung der Batterie mit PP-Membran stark ab, wodurch ein großer Kurzschlussstrom erzeugt und eine große Menge Joule-Wärme freigesetzt wird, sodass die Innentemperatur der Batterie schnell 131,2℃ erreicht , bis die Spannung auf 0 V abfällt, beginnt die Temperatur zu sinken. Wenn die Membran mit Mikrokügelchen aus Ethylen-Vinylacetat-Copolymer beschichtet ist, steigt die Leerlaufspannung nach einem plötzlichen Abfall zu Beginn des externen Kurzschlusses plötzlich an und die maximale Oberflächentemperatur der Zelle beträgt nur 57,2℃. Dies liegt daran, dass die durch den externen Kurzschluss verursachte Joulesche Wärme dazu führt, dass die auf der Oberfläche der Membran beschichteten Copolymer-Mikrokügelchen schmelzen und kollabieren und nach der Umwandlung in eine dichte Polymerisolationsschicht auf der Oberfläche der PP-Membran die Li+-Übertragung zwischen den Die positiven und negativen Elektroden in der Batterie sind gebrochen, so dass sich die Batterie in einem offenen Zustand befindet. Es ist ersichtlich, dass die thermische Dichtungsmembran den starken Temperaturanstieg der Batterie im Falle eines externen Kurzschlusses verhindern, die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien mit großer Kapazität verbessern und gute Anwendungsaussichten bieten kann.

1.4 Endotherme Membran ZF Liu et al. Wir haben eine Phasenwechsel-Temperaturregulierungsmembran vorbereitet, die die in der Batterie erzeugte Wärme vor Ort absorbieren kann. Das Phasenwechselmaterial (PCM) mit Wärmespeicherfunktion ist in die PAN-Fasermembran integriert, um der Membran die Funktion der Temperaturregulierung zu verleihen. Unter missbräuchlichen Bedingungen erhitzt und schmilzt das interne PCM und wird von einer großen Menge latenter Wärme gespeichert, die die in der Batterie erzeugte Wärme rechtzeitig absorbieren kann, um ein thermisches Durchgehen zu verhindern. Unter normalen Arbeitsbedingungen weist die auf Basis des Membranmaterials zusammengesetzte Batterie aufgrund der hohen Porosität und guten Elektrolytaffinität der PAN-Fasermembran die Eigenschaften eines niedrigen Polarisationspotentials, eines schnellen Ionentransports usw. auf und zeigt die ideale elektrochemische Leistung. Der 63-mAh-Lithium-Eisenphosphat-Graphit-Lithium-Ionen-Akku, der auf dieser Art von Membranmaterial aufgebaut ist, kann innerhalb von 35 Sekunden nach dem Akupunkturexperiment wieder auf Raumtemperatur gebracht werden. Dies zeigt, dass die Phasenwechsel-Temperaturregulierungsmembran nach einem internen Kurzschluss eine gute Temperaturregulierungsfähigkeit für die Batterie aufweist, einen internen Überhitzungsschutz für Lithium-Ionen-Batterien mit hoher Energiedichte bietet und eine Methode zur Verbesserung der Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien bereitstellt . Das Akupunkturexperiment wurde auf der Grundlage einer 63-mAh-Lithium-Eisenphosphat-Graphit-Lithium-Ionen-Batterie durchgeführt, die Batteriekapazität ist relativ gering und die Fähigkeit zur Temperaturregulierung und die praktischen Aussichten bei Batterien mit großer Kapazität müssen noch überprüft werden.

2 Sicherer Elektrolyt
2.1 Ionische Flüssigkeit Ionische Flüssigkeit ist eine Salzschmelze mit einem Schmelzpunkt unter 100 °C, die im geschmolzenen Zustand nur aus Kationen und Anionen besteht. Die hohe Anzahl an Ionen in der ionischen Flüssigkeit sorgt für eine hohe Leitfähigkeit, weist aber auch eine gute thermische Stabilität, chemische Stabilität, elektrochemische REDOX-Stabilität, Nichtverflüchtigung und geringe Reaktionswärme mit dem aktiven Elektrodenmaterial auf, was noch wichtiger ist, sie ist vollständig nicht brennbar Es wird daher erwartet, dass es sich um einen hochsicheren Elektrolyten handelt. Das völlige Fehlen von Lösungsmittelmolekülen im Elektrolyten bringt eine Reihe von Problemen mit sich, z. B. können die meisten ionischen Flüssigkeiten nicht zersetzt werden, um einen stabilen SEI-Film zu bilden, und kohlenstoffbasierte Materialien wie Graphit sind schlecht mit der Anode kompatibel und können daher nur verwendet werden die höheren Kosten von Li4Ti5O12 oder einer Nicht-Kohlenstoff-Anode. Die Einführung von filmbildenden Additiven oder Lithiumfluoridsulfonimid (LiFSI) sowie die Verwendung von hochkonzentriertem Salzelektrolyten können die Grenzflächenstabilität verbessern, können jedoch die hohe Viskosität der ionischen Flüssigkeit, die schlechte Infiltration und den niedrigen Li+-Diffusionskoeffizienten nicht lösen durch die schlechte Ratenleistung von Elektrodenmaterialien.
Carbonatlösungsmittel haben eine niedrige Viskosität und eine hohe Dielektrizitätskonstante, können die physikalischen und chemischen Eigenschaften ionischer Flüssigkeiten verbessern und sich unter Bildung eines stabilen SEI-Films zersetzen. Das Mischen von ionischer Flüssigkeit mit Carbonatlösungsmittel zur Herstellung eines nicht brennbaren Elektrolyten ist eine Methode, um die Geschwindigkeitsleistung und die Sicherheit der Batterie in Einklang zu bringen. Die Viskosität, Benetzbarkeit und der Li+-Diffusionskoeffizient des gemischten Elektrolyten haben nur eine begrenzte Verbesserungswirkung. Und der Elektrolyt enthält 20 % brennbare Verbindungen, was dennoch gewisse Sicherheitsrisiken für Lithium-Ionen-Batterien mit sich bringt. Die Sicherheit der Batterie kann durch die Mischung hochflashender, nicht brennbarer Sulfonlösungsmittel mit ionischen Flüssigkeiten weiter verbessert werden.

2.2 Fluoriertes Lösungsmittel Fluoriertes Lösungsmittel ist eine Art Elektrolytlösungsmittel für Lithium-Ionen-Batterien, das derzeit eingehender untersucht wurde und häufig in hochsicheren Elektrolyten für Lithium-Ionen-Batterien verwendet wird. Das Fluoratom hat einen kleinen Atomradius, eine starke Elektronegativität und eine geringe Polarisierbarkeit. Das Fluorlösungsmittel hat die Vorteile eines niedrigen Gefrierpunkts, eines hohen Flammpunkts und einer guten Infiltration zwischen den Elektroden usw.

2.3 Organophosphat-Lösungsmittel Organophosphatverbindungen zeichnen sich durch einen hohen Siedepunkt, eine niedrige Viskosität und eine hohe Dielektrizitätskonstante aus. Im Vergleich zu ionischen Flüssigkeiten. Diese Verbindungen zeichnen sich durch geringe Kosten und einfache Synthese aus. Inzwischen. Es hat eine ähnliche Molekülstruktur wie Carbonat. Es handelt sich um ein Lösungsmittel, von dem erwartet wird, dass es einen flammhemmenden/nicht brennbaren Elektrolyten ergibt. Gegenwärtig sind fast alle in der Literatur beschriebenen Phosphatester-Lösungsmittel mit der Graphitanode nicht kompatibel, d. h. Graphit kann im vorhandenen Elektrolyten mit Phosphatester als Lösungsmittel nicht stabil und effizient eine reversible Lithium-Impaktion eingehen. Die Hauptaufgabe bei der Entwicklung eines Phosphatester-Elektrolyten besteht darin, das Kompatibilitätsproblem zwischen organischem Phosphatester-Lösungsmittel und Graphit zu lösen.
Die Entwicklung bestehender Organophosphat-Lösungsmittel umfasst hauptsächlich Phosphatester-, Phosphitester- und Phosphonatester-Lösungsmittel. Wie bereits erwähnt, ist das Organophosphat-Lösungsmittel nicht mit der negativen Graphitelektrode kompatibel. Beim Laden und Entladen kann kein stabiler SEI-Film auf der Oberfläche der negativen Elektrode gebildet werden. Gleichzeitig kommt es zu einer gemeinsamen Einbettung, wodurch die Schichtstruktur zerstört wird aus Graphit, daher wird es in der frühen Forschung zu Organophosphatester nur als flammhemmendes Additiv oder Co-Lösungsmittel verwendet, das dem Elektrolyten zugesetzt wird, um die Entflammbarkeit des Elektrolyten zu verringern. Die Ergebnisse zeigen, dass bei zu geringer Konzentration des dem Elektrolyten zugesetzten Organophosphats (<10 %) keine offensichtliche flammhemmende Wirkung auftritt; Wenn die Konzentration jedoch höher ist (>20 %), wird die Lithiumeinfügungsfähigkeit der negativen Graphitelektrode gehemmt.

2.4 Phosphornitril-Flammschutzmittel Phosphornitrilverbindungen sind eine Art zusammengesetzter Flammschutzadditive. Es umfasst hauptsächlich polymere lineare Phosphorstickstoffverbindungen und niedermolekulare zyklische Phosphorstickstoffverbindungen. Die Hauptmerkmale von Phosphonitril-Flammschutzmitteln sind. Eine geringe Zugabemenge (Massenanteil 5 % bis 15 %) kann die Wirkung eines flammhemmenden oder nicht brennbaren Elektrolyten erzielen. Und gute Kompatibilität mit Elektrodenmaterialien. Der Einfluss auf die elektrochemische Leistung von Lithium-Ionen-Batterien ist gering.
Cyclophosphonitril (PFPN) von Bridgestone ist ein frühes Flammschutzmittel mit einem hohen elektrochemischen Oxidationsfenster und hat viele Anwendungsfälle in Hochspannungs-Lithium-Ionen-Batterien, wie z. B. Lithium-Ionen-Batterien mit Hochspannungs-Lithium-Kobaltoxid-Kathodenmaterialien oder 5-V-Hochspannung Lithium-Nickelmanganat-Materialien.

3 Positive Elektrodenbeschichtungstechnologie
Die Oberflächenbeschichtung kann die thermische Stabilität positiver Elektrodenmaterialien verbessern und ist derzeit die wichtigste Technologie zum Schutz positiver Elektroden. Das Beschichten anderer Materialien mit hoher Stabilität auf der Oberfläche des positiven Elektrodenmaterials kann den direkten Kontakt zwischen dem positiven Elektrodenmaterial und dem Elektrolyten verhindern, um so den Phasenübergang des positiven Elektrodenmaterials zu hemmen, die thermische Stabilität zu verbessern und die Kationenstörung zu verringern auf der Gitterstelle. Diese Art von Beschichtungsschicht sollte eine gute thermische Stabilität und chemische Trägheit aufweisen, und die Beschichtungsmaterialien umfassen hauptsächlich Phosphat, Fluorid und feste Oxide.
Phosphat mit starker kovalenter PO4-Bindung wird auf die Oberfläche des positiven Elektrodenmaterials aufgetragen, was die thermische Stabilität des positiven Elektrodenmaterials verbessern kann. Wenn die mit AlPO4 beschichtete positive Elektrode verwendet wird, weist sie eine bessere thermische Stabilität auf und zeigt eine bessere Leistung im Überladungstest. M. Yoon et al. berichteten über eine Beschichtungssynthesestrategie bei Raumtemperatur mit dem Prinzip „Beschichten + Gießen“. Metallisches Kobaltborid (CoB)-Glas wurde auf das nickelreiche geschichtete Kathodenmaterial NCM811 aufgetragen, wodurch eine vollständige Oberflächenbedeckung und Korngrenzenbenetzung der Sekundärpartikel des Kathodenmaterials erreicht wurde und die Vergrößerungsleistung und Zyklenstabilität verbessert wurden, mit 1C-Zyklen bei 2,8 % 4,3 V 500 Mal. Die Kapazitätserhaltungsrate des Materials wurde von 79,2 % vor der Beschichtung auf 95,0 % erhöht. Die Ergebnisse zeigen, dass die ideale Leistung auf der Hemmung sowohl des Mikrostrukturabbaus als auch der Nebenreaktionen mit der Grenzfläche beruht. M. Jo et al. verwendeten die Sol-Gel-Methode, um bei niedriger Temperatur eine gleichmäßige Beschichtung von Mn3(PO4)2-Nanokristallen auf der positiven Elektrodenoberfläche von NCM622 zu erreichen. Die Mn3(PO4)2-Beschichtung reduziert den direkten Kontakt zwischen dem Elektrolyten und der instabilen Oxidationsanode und reduziert dadurch den Grad exothermer Nebenreaktionen.

4 Strategie zur Modifikation der negativen Elektrode
Der Graphit selbst ist relativ stabil, aber der in Lithium eingebettete Graphit reagiert bei hohen Temperaturen weiterhin mit dem Elektrolyten, was die anfängliche Wärmeansammlung des thermischen Durchgehens verschlimmert und die thermische Durchgehen-Kettenreaktion fördert. Der SEI-Film kann den direkten Kontakt zwischen der negativen Elektrode und dem Elektrolyten isolieren und die Stabilität der negativen Elektrode verbessern. Daher ist die Konstruktion eines SEI-Films mit hoher thermischer Stabilität eine Schlüsselmethode, um die Nebenreaktion zwischen der negativen Elektrode und dem Elektrolyten zu isolieren und das thermische Durchgehen einzudämmen. Die Struktur und Eigenschaften des SEI-Films können durch die Zugabe filmbildender Additive zum Elektrolyten verbessert werden. Beispielsweise können Ammoniumperfluoroctanoat (APC), Vinylidencarbonat (VC) und Vinylidencarbonat (VEC) im Elektrolyten bevorzugt reduziert und zersetzt werden, wodurch ein gleichmäßiger und dichter Polymerfilm auf der Oberfläche der negativen Graphitelektrode entsteht und die Thermik verbessert wird Stabilität des SEI-Films. Ausgehend von der Materialoberflächenmodifikation kann die thermische Stabilität von Anodenmaterialien durch den Aufbau künstlicher SEI-Filme wie Metall- und Metalloxidabscheidungsschichten, Polymer- oder Kohlenstoffbeschichtungsschichten verbessert werden. Mit steigender Temperatur zersetzt sich der mit den beiden oben genannten Methoden aufgebaute SEI-Film immer, und bei höheren Temperaturen wird die exotherme Reaktion zwischen der Lithium-Fossil-Tintenkathode und dem Elektrolyten intensiver.
Darüber hinaus besteht beim Laden mit hohem Strom durch die Lithiumentwicklungsreaktion der Graphitanode auch die Gefahr eines thermischen Durchgehens der Lithium-Ionen-Batterie. Das Ladestromverhältnis bestimmt den Li+-Fluss pro Flächeneinheit des Anodenmaterials. Wenn der Festphasendiffusionsprozess von Li+ in der negativen Elektrode langsam ist (z. B. wenn die Temperatur zu niedrig und der Ladezustand zu hoch ist) und die Ladestromdichte zu hoch ist, löst die Oberfläche der negativen Elektrode die Lithiumentwicklungsreaktion aus , und die ausgefällten Lithiumdendriten durchstoßen das Diaphragma, was zu einem internen Kurzschluss führt, der zu Verbrennungen, Explosionen und anderen katastrophalen Folgen führt. Die Festphasendiffusion von Li+ zwischen Graphitschichten kann beschleunigt werden, indem der Diffusionsweg von Li+ zwischen Graphitschichten verkürzt und der Abstand der Graphitschichten vergrößert wird.

5 Fazit und Ausblick

Die Lithium-Ionen-Batterietechnologie ist ausgereift, für Großanwendungen und Massenproduktion geeignet und die wichtigste Entwicklungsrichtung für Elektrofahrzeuge und Energiespeichertechnologie im Großmaßstab. Da die Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien derzeit immer weiter zunimmt und die Anforderungen an die Batteriesicherheit steigen, ist Sicherheit ein wichtiger Indikator für die Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien. Basierend auf den Diaphragma-, Elektrolyt- und Elektrodenmaterialien fasst dieser Artikel systematisch die vorhandenen Methoden zur Verhinderung eines thermischen Durchgehens und zur Verbesserung der Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien zusammen. Basierend auf der Zusammenfassung der aktuellen Forschung zur Verbesserung der Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien in Kombination mit dem neuen Mechanismus des thermischen Durchgehens werden mehrere Schlüsselrichtungen für die Entwicklung von Sicherheitsmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien in der Zukunft vorgeschlagen:

(1) Die Oberflächenmodifikation einer Polyolefinmembran mit anorganischen Nanopartikeln kann die thermische Stabilität der Membran verbessern, der Verbesserungseffekt ist jedoch begrenzt. Die Membran mit hoher thermischer Stabilität und hoher mechanischer Festigkeit wird mehr Möglichkeiten für hochsichere Lithium-Ionen-Batterien bieten. Darüber hinaus können auch intelligente Membranen mit thermischer Reaktion entwickelt werden, wie z. B. Heißsiegelmembranen, die den Ionentransport bei hohen Temperaturen unterbrechen können, feuerfeste Membranen, die Flammschutzmittel freisetzen, und wärmeabsorbierende Phasenwechselmembranen. Die obige Strategie zur Konstruktion von Sicherheitsmembranen geht von dem thermischen Durchgehen aus, das durch das Schmelzen der Membran verursacht wird. Der interne Kurzschluss ist jedoch nicht der einzige Faktor, der das thermische Durchgehen von Lithium-Ionen-Batterien auslöst. Bei hohen Temperaturen ist die intensive REDOX-Reaktion zwischen reaktiven Sauerstoffspezies, die von der positiven Elektrode und dem Elektrolyten sowie der negativen Elektrode aus fossiler Lithiumtinte freigesetzt werden, auch der Hauptgrund für die Auslösung eines thermischen Durchgehens. Die Blockierung der Übersprechreaktion der von der positiven Elektrode freigesetzten reaktiven Sauerstoffspezies bei gleichzeitiger Sicherstellung der hohen Temperaturbeständigkeit des Diaphragmas ist eine wichtige Maßnahme zur Entwicklung eines sicheren Diaphragmas in der Zukunft.

(2) Der Flammpunkt handelsüblicher Elektrolyte für Lithium-Ionen-Batterien ist im Allgemeinen niedrig und es kann bei hohen Temperaturen leicht brennen oder sogar explodieren, und die Entwicklung eines flammhemmenden/nicht brennbaren Elektrolyten zur Verringerung der Entflammbarkeit des Elektrolyten ist eine davon der Maßnahmen zur Verbesserung der Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien. Basierend auf dieser Methode wurden umfangreiche Untersuchungen zu flammhemmenden/nicht brennbaren Elektrolyten durchgeführt, darunter ionische Flüssigkeiten, fluorierte Lösungsmittel, Organophosphatlösungsmittel, Phosphazen-Flammschutzmittel und hochkonzentrierte Salzelektrolyte. Basierend auf den zeitlichen Eigenschaften des thermischen Durchgehens ist die Verbrennung des Elektrolyten die Hauptenergiequelle im späten Stadium des thermischen Durchgehens, und die exotherme Nebenreaktion zwischen dem Elektrolyten und der fossilen Lithiumtinte nach dem Brechen des SEI-Films im frühen Stadium trägt dazu bei die Wärmeansammlung im Frühstadium des thermischen Durchgehens. Direkte Reparatur eines gebrochenen SEI-Films in Echtzeit aus Elektrolyt. Hemmen Sie die Reaktion zwischen fossiler Lithiumtinte und Elektrolyt. Wäre eine Strategie zur Unterdrückung des thermischen Durchgehens.

(3) Direkter Kontakt zwischen Kathodenmaterial und Elektrolyt bei hoher Temperatur führt zu einem irreversiblen Phasenübergang auf der Oberfläche des Kathodenmaterials. Reduzieren Sie die thermische Stabilität des Materials. Das Design des sicheren Kathodenmaterials konzentriert sich hauptsächlich auf die Isolierung des direkten Kontakts zwischen dem aktiven Kathodenmaterial und dem Elektrolyten, einschließlich der Oberflächenbeschichtung des Kathodenmaterials und der Verwendung von monokristallinem ternärem Kathodenmaterial ohne Gitterlücke. Zusätzlich zu den sicheren Designstrategien für Kathodenmaterialien, die von den Autoren dieses Artikels zusammengefasst wurden, können auch aktive Sauerstoffeinfangbeschichtungen entwickelt werden, um den aktiven Sauerstoff zu löschen, der durch die thermische Zersetzung von Kathodenmaterialien wie ternärem Lithiumkobaltat und Lithiummanganat freigesetzt wird um reaktiven Sauerstoff mit dem Elektrolyten oder der negativen Elektrode der Lithium-Fossil-Tinte zu vermeiden.

(4) Nackter, in Li eingebetteter Graphit weist eine hohe Reaktivität mit dem Elektrolyten auf. Die traditionelle Verbesserungsstrategie besteht darin, filmbildende Additive hinzuzufügen oder einen künstlichen SEI-Film im Elektrolyten aufzubauen. Das Versagen des SEI-Films bei hohen Temperaturen führt schließlich zur Reaktion des in Lithium eingebetteten Graphits mit dem Elektrolyten. Daher ist es notwendig, eine Technologie zu entwickeln, die den SEI-Film in Echtzeit vor Ort reparieren kann, um die Reaktion zwischen der fossilen Lithiumtinte und dem Elektrolyten zu blockieren.