Materials for lithium-ion battery safety

गोषवारा

लिथियम-आयन बॅटरी (LIBs) ही सर्वात महत्वाची ऊर्जा साठवण तंत्रज्ञान मानली जाते.बॅटरीची ऊर्जेची घनता जसजशी वाढते तसतसे, जर अनावधानाने उर्जा सोडली गेली तर बॅटरीची सुरक्षितता आणखी गंभीर बनते.LIBs च्या आग आणि स्फोटांशी संबंधित अपघात जगभरात वारंवार घडतात.काहींनी मानवी जीवन आणि आरोग्यासाठी गंभीर धोके निर्माण केले आहेत आणि उत्पादकांकडून असंख्य उत्पादने परत मागवली आहेत.या घटना स्मरणपत्रे आहेत की बॅटरीसाठी सुरक्षितता ही एक पूर्व शर्त आहे आणि उच्च-ऊर्जा बॅटरी सिस्टमच्या भविष्यातील वापरापूर्वी गंभीर समस्यांचे निराकरण करणे आवश्यक आहे.या पुनरावलोकनाचे उद्दिष्ट LIB सुरक्षा समस्यांच्या उत्पत्तीच्या मूलभूत गोष्टींचा सारांश देणे आणि LIB सुरक्षितता सुधारण्यासाठी सामग्री डिझाइनमधील अलीकडील महत्त्वाच्या प्रगतीवर प्रकाश टाकणे आहे.आम्‍हाला आशा आहे की हे पुनरावलोकन बॅटरी सुरक्षिततेमध्‍ये आणखी सुधारणा करेल, विशेषत: उच्च-ऊर्जा घनतेसह उदयोन्मुख LIB साठी.

LIB सुरक्षा समस्यांची उत्पत्ती

LIBs मधील सेंद्रिय द्रव इलेक्ट्रोलाइट आंतरिकरित्या ज्वलनशील आहे.LIB प्रणालीच्या सर्वात आपत्तीजनक अपयशांपैकी एक म्हणजे कॅस्केडिंग थर्मल रनअवे घटना, जी बॅटरी सुरक्षिततेच्या चिंतेचे मुख्य कारण मानली जाते.सर्वसाधारणपणे, जेव्हा एक्झोथर्मिक प्रतिक्रिया नियंत्रणाबाहेर जाते तेव्हा थर्मल धावपळ होते.जसे की बॅटरीचे तापमान ~80°C च्या वर वाढते, बॅटरीमधील एक्झोथर्मिक रासायनिक अभिक्रिया दर वाढतो आणि सेल आणखी गरम करतो, परिणामी सकारात्मक प्रतिक्रिया चक्र होते.सतत वाढणाऱ्या तापमानामुळे आग आणि स्फोट होऊ शकतात, विशेषतः मोठ्या बॅटरी पॅकसाठी.म्हणून, थर्मल रनअवेची कारणे आणि प्रक्रिया समजून घेणे LIB ची सुरक्षितता आणि विश्वासार्हता सुधारण्यासाठी कार्यात्मक सामग्रीच्या डिझाइनचे मार्गदर्शन करू शकते.थर्मल रनअवे प्रक्रिया तीन टप्प्यात विभागली जाऊ शकते, जसे की सारांशातआकृती क्रं 1.

अंजीर. 1 थर्मल रनअवे प्रक्रियेसाठी तीन टप्पे.

स्टेज 1: ओव्हरहाटिंगची सुरुवात.बॅटरी सामान्य स्थितीपासून असामान्य स्थितीत बदलतात आणि अंतर्गत तापमान वाढू लागते.स्टेज 2: उष्णता जमा होणे आणि गॅस सोडण्याची प्रक्रिया.अंतर्गत तापमान त्वरीत वाढते आणि बॅटरी बाह्य थर्मल प्रतिक्रियांमधून जाते.स्टेज 3: ज्वलन आणि स्फोट.ज्वलनशील इलेक्ट्रोलाइट ज्वलन करतात, ज्यामुळे आग आणि स्फोट देखील होतात.

अतिउष्णतेची सुरुवात (टप्पा 1)

थर्मल धावपळ बॅटरी सिस्टमच्या ओव्हरहाटिंगपासून सुरू होते.डिझाईन केलेल्या व्होल्टेजच्या पलीकडे बॅटरी चार्ज झाल्यामुळे (ओव्हरचार्जिंग), जास्त तापमानाचा संपर्क, सदोष वायरिंगमुळे बाह्य शॉर्ट सर्किट किंवा सेलमधील दोषांमुळे अंतर्गत शॉर्ट सर्किट यामुळे प्रारंभिक ओव्हरहाटिंग होऊ शकते.त्यापैकी, अंतर्गत शॉर्टिंग हे थर्मल रनअवेचे प्रमुख कारण आहे आणि ते नियंत्रित करणे तुलनेने कठीण आहे.सेल क्रशच्या परिस्थितीत अंतर्गत शॉर्टिंग घडू शकते जसे की बाह्य धातू मोडतोड प्रवेश;वाहनाची टक्कर;उच्च वर्तमान घनता चार्जिंग अंतर्गत, ओव्हरचार्जिंग परिस्थितीत किंवा कमी तापमानात लिथियम डेंड्राइटची निर्मिती;आणि बॅटरी असेंब्ली दरम्यान तयार केलेले दोषपूर्ण विभाजक, काही नावे.उदाहरणार्थ, ऑक्टोबर २०१३ च्या सुरुवातीस, सिएटल जवळ टेस्ला कारने धातूच्या ढिगाऱ्याला धडक दिली ज्यामुळे ढाल आणि बॅटरी पॅकला छेद गेला.मलबा पॉलिमर विभाजकांमध्ये घुसला आणि थेट कॅथोड आणि एनोडला जोडला, ज्यामुळे बॅटरी शॉर्ट सर्किट होऊन आग लागली;2016 मध्ये, सॅमसंग नोट 7 च्या बॅटरीला आग लागण्याची घटना आक्रमक अल्ट्राथिन सेपरेटरमुळे झाली होती जी बाहेरील दाबाने किंवा पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोडवरील वेल्डिंग बर्र्समुळे सहजपणे खराब झाली होती, ज्यामुळे बॅटरी शॉर्ट सर्किट झाली होती.

स्टेज 1 दरम्यान, बॅटरी ऑपरेशन सामान्य वरून असामान्य स्थितीत बदलते आणि वर सूचीबद्ध केलेल्या सर्व समस्यांमुळे बॅटरी जास्त गरम होते.जेव्हा अंतर्गत तापमान वाढू लागते तेव्हा स्टेज 1 संपतो आणि स्टेज 2 सुरू होतो.

उष्णता जमा होणे आणि गॅस सोडण्याची प्रक्रिया (टप्पा 2)

स्टेज 2 सुरू होताच, अंतर्गत तापमान त्वरीत वाढते आणि बॅटरीवर खालील प्रतिक्रिया येतात (या प्रतिक्रिया नेमक्या दिलेल्या क्रमाने होत नाहीत; त्यापैकी काही एकाच वेळी येऊ शकतात):

(1) सॉलिड इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेस (SEI) जास्त गरम झाल्यामुळे किंवा शारीरिक प्रवेशामुळे विघटन.SEI लेयरमध्ये मुख्यतः स्थिर (जसे की LiF आणि Li2CO3) आणि मेटास्टेबल [जसे की पॉलिमर, ROCO2Li, (CH2OCO2Li)2, आणि ROLI] घटक असतात.तथापि, मेटास्टेबल घटक ज्वालाग्राही वायू आणि ऑक्सिजन सोडत, अंदाजे 90°C तापमानात बाह्य थर्मिक पद्धतीने विघटित होऊ शकतात.उदाहरण म्हणून (CH2OCO2Li)2 घ्या

(CH2OCO2Li)2→Li2CO3+C2H4+CO2+0.5O2

(२) SEI च्या विघटनाने, तापमान वाढते आणि एनोडमधील लिथियम धातू किंवा इंटरकॅलेटेड लिथियम इलेक्ट्रोलाइटमधील सेंद्रिय सॉल्व्हेंट्सवर प्रतिक्रिया देईल, ज्वलनशील हायड्रोकार्बन वायू (इथेन, मिथेन आणि इतर) सोडतील.ही एक एक्झोथर्मिक प्रतिक्रिया आहे जी तापमान आणखी वाढवते.

(3) केव्हाT> ~130°C, पॉलीथिलीन (PE)/पॉलीप्रॉपिलीन (PP) विभाजक वितळण्यास सुरवात होते, ज्यामुळे परिस्थिती आणखी बिघडते आणि कॅथोड आणि एनोड दरम्यान शॉर्ट सर्किट होते.

(4) अखेरीस, उष्णतेमुळे लिथियम मेटल ऑक्साईड कॅथोड सामग्रीचे विघटन होते आणि परिणामी ऑक्सिजन सोडला जातो.उदाहरण म्हणून LiCoO2 घ्या, जे खालीलप्रमाणे ~180°C पासून विघटित होऊ शकते

कॅथोडचे विघटन देखील अत्यंत एक्झोथर्मिक आहे, ज्यामुळे तापमान आणि दाब आणखी वाढतो आणि परिणामी, प्रतिक्रियांचा वेग वाढतो.

स्टेज 2 दरम्यान, तापमान वाढते आणि बॅटरीमध्ये ऑक्सिजन जमा होतो.बॅटरीच्या ज्वलनासाठी पुरेसा ऑक्सिजन आणि उष्णता जमा होताच थर्मल रनअवे प्रक्रिया स्टेज 2 ते स्टेज 3 पर्यंत पुढे जाते.

ज्वलन आणि स्फोट (टप्पा 3)

स्टेज 3 वर, ज्वलन सुरू होते.LIB चे इलेक्ट्रोलाइट्स सेंद्रिय आहेत, जे चक्रीय आणि रेखीय अल्काइल कार्बोनेटचे जवळजवळ सार्वत्रिक संयोजन आहेत.त्यांच्यात उच्च अस्थिरता आहे आणि ते आंतरिकदृष्ट्या अत्यंत ज्वलनशील आहेत.लोकप्रियपणे वापरलेले कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट [इथिलीन कार्बोनेट (ईसी) + डायमिथाइल कार्बोनेट (डीएमसी) (वजनानुसार 1:1) यांचे मिश्रण] घेतल्यास, ते खोलीच्या तपमानावर 4.8 kPa चा बाष्प दाब आणि अत्यंत कमी फ्लॅश पॉइंट प्रदर्शित करते. 1.013 बारच्या हवेच्या दाबाने 25° ± 1°C.स्टेज 2 मध्ये सोडलेला ऑक्सिजन आणि उष्णता ज्वलनशील सेंद्रिय इलेक्ट्रोलाइट्सच्या ज्वलनासाठी आवश्यक परिस्थिती प्रदान करते, ज्यामुळे आग किंवा स्फोटाचे धोके निर्माण होतात.

स्टेज 2 आणि 3 मध्ये, एक्झोथर्मिक प्रतिक्रिया जवळ-अ‍ॅडिबॅटिक परिस्थितीत घडतात.अशाप्रकारे, प्रवेगक दर कॅलरीमेट्री (ARC) हे एक व्यापकपणे वापरले जाणारे तंत्र आहे जे LIBs च्या आतील वातावरणाचे अनुकरण करते, जे थर्मल रनअवे रिअॅक्शन गतीशास्त्र समजून घेण्यास सुलभ करते.आकृती 2थर्मल दुरुपयोग चाचण्यांदरम्यान रेकॉर्ड केलेल्या LIB चा ठराविक ARC वक्र दाखवतो.स्टेज 2 मध्ये तापमान वाढीचे अनुकरण करून, उष्णतेचा बाह्य स्रोत बॅटरीचे तापमान सुरुवातीच्या तापमानापर्यंत वाढवतो.या तापमानाच्या वर, SEI विघटित होते, ज्यामुळे अधिक एक्झोथर्मिक रासायनिक अभिक्रिया सुरू होतात.अखेरीस, विभाजक वितळेल.सेल्फ-हीटिंग रेट नंतर वाढेल, ज्यामुळे थर्मल रनअवे (जेव्हा सेल्फ-हीटिंग रेट >10°C/मिनिट असतो) आणि इलेक्ट्रोलाइट ज्वलन (स्टेज 3) होते.

एनोड मेसोकार्बन मायक्रोबीड ग्रेफाइट आहे.कॅथोड LiNi0.8Co0.05Al0.05O2 आहे.EC/PC/DMC मध्ये इलेक्ट्रोलाइट 1.2 M LiPF6 आहे.सेल्गार्ड 2325 ट्रायलेअर सेपरेटर वापरला गेला.इलेक्ट्रोकेमिकल सोसायटी इंक च्या परवानगीने रुपांतरित.

हे लक्षात घेतले पाहिजे की वर वर्णन केलेल्या प्रतिक्रिया दिलेल्या क्रमाने काटेकोरपणे एकामागून एक होत नाहीत.त्याऐवजी, जटिल आणि पद्धतशीर समस्या आहेत.

सुधारित बॅटरी सुरक्षिततेसह साहित्य

बॅटरी थर्मल रनअवे समजण्याच्या आधारावर, बॅटरी घटकांच्या तर्कसंगत डिझाइनद्वारे सुरक्षिततेचे धोके कमी करण्याच्या उद्देशाने, अनेक दृष्टिकोनांचा अभ्यास केला जात आहे.पुढील विभागांमध्ये, आम्ही बॅटरीची सुरक्षितता सुधारण्यासाठी, वेगवेगळ्या थर्मल रनअवे टप्प्यांशी संबंधित समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी विविध साहित्य पद्धतींचा सारांश देतो.

स्टेज 1 मधील समस्या सोडवण्यासाठी (ओव्हरहाटिंगची सुरुवात)

विश्वसनीय एनोड साहित्य.LIB च्या एनोडवर Li dendrite ची निर्मिती थर्मल रनअवेचा पहिला टप्पा सुरू करते.जरी ही समस्या व्यावसायिक LIB च्या एनोड्समध्ये (उदाहरणार्थ, कार्बोनेशियस एनोड्स) कमी केली गेली असली तरी, ली डेंड्राइट निर्मिती पूर्णपणे प्रतिबंधित केलेली नाही.उदाहरणार्थ, व्यावसायिक LIBs मध्ये, ग्रेफाइट इलेक्ट्रोडच्या कडांवर डेंड्राइट जमा होणे प्राधान्याने होते जर एनोड्स आणि कॅथोड्स नीट जोडलेले नसतील.याव्यतिरिक्त, LIBs च्या अयोग्य ऑपरेशनच्या परिस्थितीमुळे डेंड्राइटच्या वाढीसह Li मेटल डिपॉझिशन देखील होऊ शकते.हे सर्वज्ञात आहे की जर बॅटरी चार्ज केली गेली तर (i) उच्च प्रवाहाच्या घनतेवर जेथे ली आयन मोठ्या प्रमाणात ग्रेफाइटमधील ली आयनच्या प्रसारापेक्षा जलद होते तेथे डेंड्राइट सहज तयार होऊ शकते;(ii) ओव्हरचार्जिंग परिस्थितीत जेव्हा ग्रेफाइट ओव्हरलिथिएट केले जाते;आणि (iii) कमी तापमानात [उदाहरणार्थ, सबम्बियंट तापमान (~0°C)], द्रव इलेक्ट्रोलाइटची वाढलेली स्निग्धता आणि वाढलेल्या Li-ion प्रसार प्रतिकारामुळे.

सामग्रीच्या गुणधर्मांच्या दृष्टिकोनातून, एनोडवर ली डेंड्राइटच्या वाढीची सुरुवात ठरवणारे मूळ मूळ अस्थिर आणि नॉनयुनिफॉर्म एसईआय आहे, ज्यामुळे असमान स्थानिक प्रवाह वितरण होते.इलेक्ट्रोलाइट घटक, विशेषत: ऍडिटीव्ह, एसईआय एकसमानता सुधारण्यासाठी आणि ली डेंड्राइट निर्मिती दूर करण्यासाठी तपासले गेले आहेत.ठराविक ऍडिटीव्हमध्ये अजैविक संयुगे [उदाहरणार्थ, CO2, LiI, इ.] आणि सेंद्रिय संयुगे ज्यामध्ये विनाइलीन कार्बोनेट आणि मेलिमाइड ऍडिटीव्ह्स सारखे असंतृप्त कार्बन बंध असतात;अस्थिर चक्रीय रेणू जसे की ब्युटीरोलॅक्टोन, इथिलीन सल्फाइट आणि त्यांचे डेरिव्हेटिव्ह;आणि फ्लोरिनेटेड संयुगे जसे की फ्लोरोइथिलीन कार्बोनेट, इतरांसह.भाग-प्रति-दशलक्ष स्तरावरही, हे रेणू अजूनही SEI मॉर्फोलॉजी सुधारू शकतात, अशा प्रकारे ली-आयन फ्लक्स एकसंध करतात आणि ली डेंड्राइट निर्मितीची शक्यता दूर करतात.

एकंदरीत, ली डेंड्राइट आव्हाने अजूनही ग्रेफाइट किंवा कार्बोनेशियस एनोड्स आणि पुढील पिढीतील एनोड्स असलेल्या सिलिकॉन/SiO मध्ये आहेत.ली डेंड्राइटच्या वाढीचा प्रश्न सोडवणे हे एक आव्हान आहे जे नजीकच्या भविष्यात उच्च-ऊर्जा घनतेच्या ली-आयन रसायनांच्या रुपांतरासाठी महत्त्वपूर्ण आहे.हे लक्षात घेतले पाहिजे की, अलीकडे, ली डिपॉझिशन दरम्यान ली-आयन फ्लक्सचे एकरूप करून शुद्ध ली मेटल एनोड्समध्ये ली डेंड्राइट निर्मितीच्या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी लक्षणीय प्रयत्न केले गेले आहेत;उदाहरणार्थ, संरक्षक लेयर कोटिंग, कृत्रिम SEI अभियांत्रिकी, इ. या पैलूमध्ये, काही पद्धती कदाचित LIBs मधील कार्बोनेशियस एनोड्सवरील समस्येचे निराकरण कसे करावे यावर प्रकाश टाकू शकतात.

मल्टीफंक्शनल लिक्विड इलेक्ट्रोलाइट्स आणि विभाजक.लिक्विड इलेक्ट्रोलाइट आणि सेपरेटर उच्च-ऊर्जा कॅथोड आणि एनोडला भौतिकरित्या वेगळे करण्यात महत्त्वाची भूमिका बजावतात.अशाप्रकारे, चांगल्या प्रकारे डिझाइन केलेले मल्टीफंक्शनल इलेक्ट्रोलाइट्स आणि विभाजक बॅटरी थर्मल रनअवे (स्टेज 1) च्या सुरुवातीच्या टप्प्यावर बॅटरीचे लक्षणीय संरक्षण करू शकतात.

यांत्रिक क्रशिंगपासून बॅटरीचे संरक्षण करण्यासाठी, कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट (EC/DMC मध्ये 1 M LiFP6) मध्ये फ्युमड सिलिका जोडून एक कातरणे जाड करणारे द्रव इलेक्ट्रोलाइट प्राप्त केले गेले आहे.यांत्रिक दाब किंवा आघातावर, द्रव स्निग्धता वाढीसह कातरणे घट्ट होण्याचा प्रभाव दर्शवितो, त्यामुळे प्रभावाची उर्जा नष्ट होते आणि क्रशिंगसाठी सहनशीलता प्रदर्शित करते (अंजीर 3A)

चित्र 3 स्टेज 1 मधील समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी धोरणे.

(अ) कातरणे जाड करणारे इलेक्ट्रोलाइट.शीर्ष: सामान्य इलेक्ट्रोलाइटसाठी, यांत्रिक प्रभावामुळे बॅटरी अंतर्गत शॉर्टिंग होऊ शकते, ज्यामुळे आग आणि स्फोट होऊ शकतात.तळ: दाब किंवा प्रभावाखाली कातरणे जाड होण्याच्या प्रभावासह कादंबरी स्मार्ट इलेक्ट्रोलाइट क्रशिंगसाठी उत्कृष्ट सहनशीलता दर्शवते, ज्यामुळे बॅटरीच्या यांत्रिक सुरक्षिततेमध्ये लक्षणीय सुधारणा होऊ शकते.(ब) लिथियम डेंड्राइट्स लवकर शोधण्यासाठी द्विकार्यात्मक विभाजक.पारंपारिक लिथियम बॅटरीमध्ये डेंड्राइटची निर्मिती, जेथे लिथियम डेंड्राइटद्वारे विभाजकाचा संपूर्ण प्रवेश तेव्हाच आढळतो जेव्हा बॅटरी अंतर्गत शॉर्ट सर्किटमुळे अपयशी ठरते.त्या तुलनेत, द्विफंक्शनल सेपरेटर असलेली लिथियम बॅटरी (दोन पारंपारिक विभाजकांमध्ये सँडविच केलेला कंडक्टिंग लेयरचा समावेश होतो), जिथे जास्त वाढलेले लिथियम डेंड्राइट विभाजकामध्ये प्रवेश करते आणि कंडक्टिंग कॉपर लेयरशी संपर्क साधते, परिणामी त्यात घट होते.VCu−Li, जे अंतर्गत शॉर्ट सर्किटमुळे येऊ घातलेल्या अपयशाची चेतावणी म्हणून काम करते.तथापि, पूर्ण बॅटरी शून्य क्षमतेसह सुरक्षितपणे कार्यरत राहते.(A) आणि (B) स्प्रिंगर नेचरच्या परवानगीने रुपांतरित किंवा पुनरुत्पादित केले आहेत.(C) धोकादायक Li dendrites वापरण्यासाठी आणि बॅटरीचे आयुष्य वाढवण्यासाठी ट्रायलेअर सेपरेटर.डावीकडे: लिथियम एनोड्स सहजपणे डेन्ड्रिटिक डिपॉझिट तयार करू शकतात, जे हळूहळू मोठे होऊ शकतात आणि निष्क्रिय पॉलिमर विभाजकात प्रवेश करू शकतात.जेव्हा डेंड्राइट्स शेवटी कॅथोड आणि एनोड जोडतात, तेव्हा बॅटरी शॉर्ट सर्किट होते आणि निकामी होते.उजवीकडे: सिलिका नॅनोकणांचा एक थर व्यावसायिक पॉलिमर विभाजकांच्या दोन स्तरांनी सँडविच केला होता.म्हणून, जेव्हा लिथियम डेंड्राइट्स वाढतात आणि विभाजकामध्ये प्रवेश करतात तेव्हा ते सँडविच केलेल्या थरातील सिलिका नॅनोकणांशी संपर्क साधतील आणि इलेक्ट्रोकेमिकली वापरल्या जातील.(डी) सिलिका नॅनोपार्टिकल सँडविच्ड सेपरेटरची स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (SEM) प्रतिमा.(ई) पारंपारिक विभाजक (लाल वक्र) आणि सिलिका नॅनोपार्टिकल सँडविच्ड ट्रायलेयर सेपरेटर (ब्लॅक वक्र) सह लि/ली बॅटरीचे ठराविक व्होल्टेज विरुद्ध टाइम प्रोफाइल समान परिस्थितीत तपासले गेले.(C), (D), आणि (E) जॉन विली आणि सन्सच्या परवानगीने पुनरुत्पादित केले आहेत.(एफ) रेडॉक्स शटल ऍडिटीव्हच्या यंत्रणेचे योजनाबद्ध चित्रण.ओव्हरचार्ज केलेल्या कॅथोड पृष्ठभागावर, रेडॉक्स अॅडिटीव्हचे [O] फॉर्ममध्ये ऑक्सीकरण केले जाते, जे नंतर इलेक्ट्रोलाइटद्वारे प्रसाराद्वारे एनोडच्या पृष्ठभागावर त्याच्या मूळ स्थितीत [R] कमी केले जाईल.ऑक्सिडेशन-डिफ्यूजन-रिडक्शन-डिफ्यूजनचे इलेक्ट्रोकेमिकल चक्र अनिश्चित काळासाठी राखले जाऊ शकते आणि म्हणूनच कॅथोड संभाव्यतेला धोकादायक ओव्हरचार्जिंगपासून लॉक करते.(जी) रेडॉक्स शटल अॅडिटीव्हची ठराविक रासायनिक रचना.(एच) शटडाउन ओव्हरचार्ज अॅडिटीव्हची यंत्रणा जी उच्च संभाव्यतेवर इलेक्ट्रोकेमिकली पॉलिमराइज करू शकते.(I) शटडाउन ओव्हरचार्ज अॅडिटीव्हची ठराविक रासायनिक संरचना.(G), (H), आणि (I) मध्ये प्रत्येक आण्विक संरचनेखाली ऍडिटीव्हची कार्य क्षमता सूचीबद्ध केली आहे.

विभाजक इलेक्ट्रॉनिक पद्धतीने कॅथोड आणि एनोडचे इन्सुलेट करू शकतात आणि स्थितीत बॅटरीच्या आरोग्याच्या स्थितीवर लक्ष ठेवण्यासाठी महत्त्वाची भूमिका बजावू शकतात जेणेकरुन स्टेज 1 च्या मागील पुढील बिघाड टाळण्यासाठी. उदाहरणार्थ, पॉलिमर-मेटल-पॉलिमर ट्रायलेअर कॉन्फिगरेशनसह "द्विकार्यात्मक विभाजक" (अंजीर 3B) नवीन व्होल्टेज-सेन्सिंग फंक्शन प्रदान करू शकते.जेव्हा डेंड्राइट बाहेर वाढते आणि मध्यवर्ती स्तरावर पोहोचते, तेव्हा ते धातूचा थर आणि एनोड यांना जोडेल जेणेकरून त्यांच्या दरम्यान अचानक व्होल्टेज ड्रॉप आउटपुट म्हणून लगेच आढळू शकेल.

शोधण्याव्यतिरिक्त, धोकादायक ली डेंड्राइट्स वापरण्यासाठी आणि विभाजकात प्रवेश केल्यानंतर त्यांची वाढ कमी करण्यासाठी ट्रायलेअर सेपरेटर डिझाइन केले होते.व्यावसायिक पॉलीओलेफिन विभाजकांच्या दोन थरांनी सँडविच केलेला सिलिका नॅनोकणांचा एक थर (अंजीर 3, C आणि D), कोणत्याही भेदक घातक Li dendrites सेवन करू शकतात, त्यामुळे बॅटरी सुरक्षितता कार्यक्षमतेने सुधारते.संरक्षित बॅटरीचे आयुष्य पारंपारिक विभाजक असलेल्या (अंजीर 3E).

ओव्हरचार्जिंग संरक्षण.डिझाईन केलेल्या व्होल्टेजच्या पलीकडे बॅटरी चार्ज करणे अशी ओव्हरचार्जिंगची व्याख्या केली जाते.जास्त चार्जिंग उच्च विशिष्ट वर्तमान घनता, आक्रमक चार्जिंग प्रोफाइल इत्यादींद्वारे ट्रिगर केले जाऊ शकते, ज्यामुळे अनेक समस्या उद्भवू शकतात, ज्यात (i) एनोडवर Li धातू जमा होणे, जे बॅटरीच्या इलेक्ट्रोकेमिकल कार्यक्षमतेवर आणि सुरक्षिततेवर गंभीरपणे परिणाम करते;(ii) कॅथोड सामग्रीचे विघटन, ऑक्सिजन सोडणे;आणि (iii) सेंद्रिय इलेक्ट्रोलाइटचे विघटन, उष्णता आणि वायू उत्पादने (H2, हायड्रोकार्बन्स, CO, इ.) सोडणे, जे थर्मल रॅनअवेसाठी जबाबदार आहेत.विघटन दरम्यान इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया क्लिष्ट आहेत, त्यापैकी काही खाली सूचीबद्ध आहेत.

तारांकन (*) हे दर्शविते की हायड्रोजन वायू प्रोटिकमधून उद्भवतो, कॅथोडमध्ये कार्बोनेटच्या ऑक्सिडेशन दरम्यान तयार केलेले गट सोडतात, जे नंतर कमी होण्यासाठी एनोडमध्ये पसरतात आणि H2 तयार करतात.

त्यांच्या फंक्शन्समधील फरकांच्या आधारावर, ओव्हरचार्ज प्रोटेक्शन अॅडिटीव्ह्सचे रेडॉक्स शटल अॅडिटीव्ह आणि शटडाउन अॅडिटीव्ह म्हणून वर्गीकरण केले जाऊ शकते.आधीचे सेलचे उलटसुलटपणे जास्त चार्ज होण्यापासून संरक्षण करते, तर नंतरचे सेलचे ऑपरेशन कायमचे बंद करते.

रेडॉक्स शटल अॅडिटीव्ह हे जास्त चार्ज झाल्यावर बॅटरीमध्ये इंजेक्ट केलेले अतिरिक्त चार्ज इलेक्ट्रोकेमिकली शंट करून कार्य करते.मध्ये दाखवल्याप्रमाणेअंजीर 3F, यंत्रणा एका रेडॉक्स ऍडिटीव्हवर आधारित आहे ज्याची ऑक्सिडेशन क्षमता इलेक्ट्रोलाइट अॅनोडिक विघटनापेक्षा किंचित कमी आहे.ओव्हरचार्ज केलेल्या कॅथोड पृष्ठभागावर, रेडॉक्स अॅडिटीव्हचे [O] फॉर्ममध्ये ऑक्सीकरण केले जाते, जे नंतर इलेक्ट्रोलाइटद्वारे प्रसारित झाल्यानंतर एनोडच्या पृष्ठभागावर त्याच्या मूळ स्थितीत [R] कमी केले जाईल.नंतर, कमी केलेले ऍडिटीव्ह कॅथोडमध्ये परत पसरू शकते आणि "ऑक्सिडेशन-डिफ्यूजन-रिडक्शन-डिफ्यूजन" चे इलेक्ट्रोकेमिकल चक्र अनिश्चित काळासाठी राखले जाऊ शकते आणि त्यामुळे कॅथोड संभाव्यतेला पुढील धोकादायक ओव्हरचार्जिंगपासून लॉक करते.अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की अॅडिटीव्हची रेडॉक्स क्षमता कॅथोडच्या संभाव्यतेपेक्षा सुमारे 0.3 ते 0.4 V असावी.

ऑर्गेनोमेटॅलिक मेटॅलोसेन्स, फेनोथियाझिन्स, ट्रायफेनिलामाइन्स, डायमेथॉक्सीबेंझिन्स आणि त्यांचे डेरिव्हेटिव्ह्ज, आणि 2-(पेंटाफ्लुरोफेनिल)-टेट्राफ्लुरो-1,3,2-बेंझोडायॉक्सिअन्स यासह उत्तम प्रकारे तयार केलेली रासायनिक रचना आणि रेडॉक्स संभाव्यता असलेल्या ऍडिटीव्हची मालिका विकसित केली गेली आहे.अंजीर 3G).आण्विक संरचनांचे टेलरिंग करून, अॅडिटीव्ह ऑक्सिडेशन पोटेंशिअल 4 V च्या वर ट्यून केले जाऊ शकते, जे वेगाने विकसित होणाऱ्या उच्च-व्होल्टेज कॅथोड सामग्री आणि इलेक्ट्रोलाइट्ससाठी योग्य आहे.मूलभूत डिझाइन तत्त्वामध्ये इलेक्ट्रॉन-विथड्रॉइंग पर्याय जोडून ऍडिटीव्हच्या सर्वोच्च व्यापलेल्या आण्विक कक्षा कमी करणे समाविष्ट आहे, ज्यामुळे ऑक्सिडेशन क्षमता वाढते.सेंद्रिय पदार्थांव्यतिरिक्त, काही अजैविक लवण, जे केवळ इलेक्ट्रोलाइट मीठ म्हणून कार्य करू शकत नाहीत तर रेडॉक्स शटल म्हणून देखील कार्य करू शकतात, जसे की परफ्लुरोबोरेन क्लस्टर सॉल्ट [म्हणजे लिथियम फ्लोरोडोडेकाबोरेट्स (Li2B12F)xH12−x)], हे देखील कार्यक्षम रेडॉक्स शटल ऍडिटीव्ह असल्याचे आढळले आहे.

शटडाउन ओव्हरचार्ज अॅडिटीव्ह हे अपरिवर्तनीय ओव्हरचार्ज प्रोटेक्शन अॅडिटीव्हचे वर्ग आहेत.ते एकतर उच्च संभाव्यतेवर वायू सोडून कार्य करतात, जे यामधून, वर्तमान व्यत्यय यंत्र सक्रिय करते किंवा आपत्तीजनक परिणाम येण्यापूर्वी बॅटरी ऑपरेशन समाप्त करण्यासाठी उच्च संभाव्यतेवर कायमचे इलेक्ट्रोकेमिकली पॉलिमराइज करून कार्य करतात (अंजीर 3 एच).आधीच्या उदाहरणांमध्ये xylene, cyclohexylbenzene आणि biphenyl यांचा समावेश होतो, तर नंतरच्या उदाहरणांमध्ये बायफेनिल आणि इतर पर्यायी सुगंधी संयुगे (अंजीर 3I).शटडाउन अॅडिटीव्हचे नकारात्मक परिणाम अजूनही LIB चे दीर्घकालीन ऑपरेशन आणि स्टोरेज कार्यप्रदर्शन आहेत कारण या संयुगांच्या अपरिवर्तनीय ऑक्सिडेशनमुळे.

स्टेज २ मधील समस्या सोडवण्यासाठी (उष्णता जमा होणे आणि गॅस सोडण्याची प्रक्रिया)

विश्वासार्ह कॅथोड साहित्य.लिथियम संक्रमण मेटल ऑक्साइड, जसे की स्तरित ऑक्साइड LiCoO2, LiNiO2, आणि LiMnO2;स्पिनल-प्रकार ऑक्साइड LiM2O4;आणि पॉलिनियन प्रकार LiFePO4, लोकप्रियपणे वापरले जाणारे कॅथोड साहित्य आहेत, ज्यात विशेषतः उच्च तापमानात सुरक्षिततेच्या समस्या आहेत.त्यापैकी, ऑलिव्हिन-संरचित LiFePO4 तुलनेने सुरक्षित आहे, जे 400°C पर्यंत स्थिर आहे, तर LiCoO2 250°C वर विघटन करण्यास सुरवात करते.LiFePO4 च्या सुधारित सुरक्षिततेचे कारण असे आहे की सर्व ऑक्सिजन आयन P5+ सह मजबूत सहसंयोजक बंध तयार करतात ज्यामुळे PO43− टेट्राहेड्रल पॉलिनियन्स तयार होतात, जे संपूर्ण त्रिमितीय फ्रेमवर्क स्थिर करतात आणि इतर कॅथोड सामग्रीच्या तुलनेत सुधारित स्थिरता प्रदान करतात, तरीही काही बॅटरी आग अपघात नोंदवले गेले आहेत.भारदस्त तापमानात या कॅथोड सामग्रीचे विघटन आणि एकाच वेळी ऑक्सिजन सोडणे, ज्यामुळे बॅटरीच्या सुरक्षिततेशी गंभीरपणे तडजोड होऊन ज्वलन आणि स्फोट होऊ शकतात, यामुळे सुरक्षिततेची मोठी चिंता उद्भवते.उदाहरणार्थ, स्तरित ऑक्साईड LiNiO2 ची स्फटिक रचना Ni2+ च्या अस्तित्वामुळे अस्थिर आहे, ज्याचा आयनिक आकार Li+ सारखा आहे.निर्वासित लीxNiO2 (x< 1) अधिक स्थिर स्पिनल-प्रकार फेज LiNi2O4 (स्पिनल) आणि रॉकसाल्ट-प्रकार NiO मध्ये रूपांतरित होते, ऑक्सिजन द्रव इलेक्ट्रोलाइटमध्ये सुमारे 200°C वर सोडला जातो, ज्यामुळे इलेक्ट्रोलाइट ज्वलन होते.

अणू डोपिंग आणि पृष्ठभागाच्या संरक्षणात्मक कोटिंगद्वारे या कॅथोड सामग्रीची थर्मल स्थिरता सुधारण्यासाठी लक्षणीय प्रयत्न केले गेले आहेत.

अणू डोपिंग परिणामी स्थिर क्रिस्टल स्ट्रक्चर्समुळे स्तरित ऑक्साईड सामग्रीची थर्मल स्थिरता लक्षणीयरीत्या वाढवू शकते.LiNiO2 किंवा Li1.05Mn1.95O4 ची थर्मल स्थिरता Ni किंवा Mn च्या आंशिक प्रतिस्थापनाने Co, Mn, Mg, आणि Al सारख्या इतर धातूच्या कॅशनसह लक्षणीयरीत्या सुधारली जाऊ शकते.LiCoO2 साठी, डोपिंग आणि मिश्रधातूच्या घटकांचा परिचय जसे की Ni आणि Mn हे विघटन सुरू होण्याच्या तापमानात प्रचंड वाढ करू शकते.Tdec, उच्च तापमानात इलेक्ट्रोलाइटसह प्रतिक्रिया टाळत असताना.तथापि, सर्वसाधारणपणे कॅथोड थर्मल स्थिरतेमध्ये वाढ विशिष्ट क्षमतेच्या त्यागांसह येते.या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी, स्तरित लिथियम निकेल कोबाल्ट मॅंगनीज ऑक्साईडवर आधारित रिचार्ज करण्यायोग्य लिथियम बॅटरीसाठी एकाग्रता-ग्रेडियंट कॅथोड सामग्री विकसित केली गेली आहे (अंजीर 4A) .या सामग्रीमध्ये, प्रत्येक कणामध्ये Ni-रिच सेंट्रल बल्क आणि Mn-समृद्ध बाह्य स्तर असतो, ज्यामध्ये Ni एकाग्रता कमी होते आणि पृष्ठभागाच्या जवळ येताच Mn आणि Co सांद्रता वाढते (अंजीर 4B).पूर्वीचे उच्च क्षमता प्रदान करते, तर नंतरचे थर्मल स्थिरता सुधारते.ही नवीन कॅथोड सामग्री बॅटरीच्या इलेक्ट्रोकेमिकल कार्यक्षमतेशी तडजोड न करता त्यांची सुरक्षितता सुधारण्यासाठी दर्शविण्यात आली (अंजीर 4C).

आकृती 4 स्टेज 2 मधील समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी धोरणे: विश्वसनीय कॅथोड्स.

(A) एकाग्रता-ग्रेडियंट बाह्य थराने वेढलेल्या Ni-rich कोर असलेल्या सकारात्मक इलेक्ट्रोड कणाचा योजनाबद्ध आकृती.प्रत्येक कणामध्ये Ni-रिच सेंट्रल बल्क Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2 आणि Mn-समृद्ध बाह्य स्तर [Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2] असतो ज्यामध्ये Ni एकाग्रता कमी होते आणि Mn आणि Co सांद्रता वाढते. पृष्ठभाग जवळ येत आहे म्हणून.पूर्वीचे उच्च क्षमता प्रदान करते, तर नंतरचे थर्मल स्थिरता सुधारते.सरासरी रचना Li(Ni0.68Co0.18Mn0.18)O2 आहे.एका विशिष्ट कणाचा स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोग्राफ देखील उजवीकडे दर्शविला जातो.(B) अंतिम लिथिएटेड ऑक्साईड Li(Ni0.64Co0.18Mn0.18)O2 चे इलेक्ट्रॉन-प्रोब क्ष-किरण सूक्ष्म विश्लेषण परिणाम.इंटरलेयरमध्ये Ni, Mn आणि Co चे हळूहळू एकाग्रतेचे बदल स्पष्ट आहेत.Ni ची एकाग्रता कमी होते आणि Co आणि Mn ची एकाग्रता पृष्ठभागाकडे वाढते.(C) विभेदक स्कॅनिंग कॅलरीमेट्री (DSC) एकाग्रता-ग्रेडियंट सामग्री Li(Ni0.64Co0.18Mn0.18)O2, Ni-rich केंद्रीय सामग्री Li(Ni0.8Co0.1Mn0) सह इलेक्ट्रोलाइटच्या प्रतिक्रियेतून उष्णता प्रवाह दर्शवणारे ट्रेस. 1)O2, आणि Mn-समृद्ध बाह्य स्तर [Li(Ni0.46Co0.23Mn0.31)O2].सामग्रीवर 4.3 V. (A), (B), आणि (C) चे शुल्क आकारण्यात आले आहे. स्प्रिंगर नेचरच्या परवानगीने पुनरुत्पादित केले आहे.(डी) डावीकडे: ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (TEM) AlPO4 नॅनोपार्टिकल-लेपित LiCoO2 ची चमकदार-फील्ड प्रतिमा;एनर्जी डिस्पर्सिव्ह एक्स-रे स्पेक्ट्रोमेट्री कोटिंग लेयरमधील Al आणि P घटकांची पुष्टी करते.उजवीकडे: नॅनोस्केल कोटिंग लेयरमध्ये AlPO4 नॅनोपार्टिकल्स (~3 nm व्यास) दर्शवणारी उच्च-रिझोल्यूशन TEM प्रतिमा;बाण AlPO4 लेयर आणि LiCoO2 मधील इंटरफेस दर्शवतात.(E) डावीकडे: 12-V ओव्हरचार्ज चाचणीनंतर बेअर LiCoO2 कॅथोड असलेल्या सेलचे चित्र.त्या व्होल्टेजवर सेल जळला आणि स्फोट झाला.उजवीकडे: 12-V ओव्हरचार्ज चाचणीनंतर AlPO4 नॅनोपार्टिकल-लेपित LiCoO2 असलेल्या सेलचे चित्र.(डी) आणि (ई) जॉन विली आणि सन्सच्या परवानगीने पुनरुत्पादित केले आहेत.

थर्मल स्थिरता सुधारण्यासाठी आणखी एक रणनीती म्हणजे कॅथोड सामग्रीला थर्मली स्थिर Li+ कंडक्टिंग कंपाऊंड्सच्या संरक्षक पातळ थराने कोट करणे, ज्यामुळे कॅथोड सामग्रीचा इलेक्ट्रोलाइटशी थेट संपर्क टाळता येतो आणि त्यामुळे साइड रिअॅक्शन्स आणि उष्णता निर्मिती कमी होते.कोटिंग्ज एकतर अजैविक फिल्म असू शकतात [उदाहरणार्थ, ZnO, Al2O3, AlPO4, AlF3, इ.], जे लिथिएट झाल्यानंतर ली आयन चालवू शकतात (अंजीर 4, डी आणि ई), किंवा पॉली(डायलील्डिमेथिलॅमोनियम क्लोराईड), γ-ब्युटीरोलॅक्टोन ऍडिटीव्ह्स द्वारे बनवलेल्या संरक्षणात्मक चित्रपट, आणि मल्टीकम्पोनेंट ऍडिटीव्ह (विनिलीन कार्बोनेट, 1,3-प्रॉपिलीन सल्फाइट आणि डायमेथिलासेटामाइड) सारख्या सेंद्रिय चित्रपट.

सकारात्मक तापमान गुणांक असलेले कोटिंग सादर करणे देखील कॅथोड सुरक्षितता वाढवण्यासाठी प्रभावी आहे.उदाहरणार्थ, पॉली(3-डेसिल्थिओफेन)-लेपित LiCoO2 कॅथोड्स एकदा तापमान >80°C पर्यंत वाढले की इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया आणि साइड रिअॅक्शन्स बंद करू शकतात, कारण प्रवाहकीय पॉलिमर थर अत्यंत प्रतिरोधक अवस्थेत वेगाने बदलू शकतो.हायपर-ब्रँच केलेल्या आर्किटेक्चरसह सेल्फ-टर्मिनेटेड ऑलिगोमर्सचे कोटिंग्स कॅथोड बाजूने बॅटरी बंद करण्यासाठी थर्मली रिस्पॉन्सिव्ह ब्लॉकिंग लेयर म्हणून देखील कार्य करू शकतात.

थर्मली स्विच करण्यायोग्य वर्तमान कलेक्टर.स्टेज 2 वर बॅटरीचे तापमान वाढताना इलेक्ट्रोकेमिकल अभिक्रिया बंद केल्याने तापमान आणखी वाढण्यापासून कार्यक्षमतेने रोखता येते.एक जलद आणि उलट करता येण्याजोगा थर्मोरेस्पॉन्सिव्ह पॉलिमर स्विचिंग (TRPS) सध्याच्या कलेक्टरमध्ये अंतर्भूत केले गेले आहे (अंजीर 5A) .TRPS पातळ फिल्ममध्ये प्रवाहकीय ग्रॅफीन-लेपित काटेरी नॅनोस्ट्रक्चर्ड निकेल (GrNi) कण असतात ज्यामध्ये प्रवाहकीय फिलर असते आणि मोठ्या थर्मल विस्तार गुणांक (α ~ 10−4 K−1) सह PE मॅट्रिक्स असते.तयार केलेल्या पॉलिमर कंपोझिट फिल्म्स खोलीच्या तपमानावर उच्च चालकता (σ) दर्शवतात, परंतु जेव्हा तापमान स्विचिंग तापमानाच्या जवळ येते (Ts), पॉलिमर व्हॉल्यूम विस्ताराच्या परिणामी चालकता 1 s च्या आत परिमाणाच्या सात ते आठ ऑर्डरने कमी होते, ज्यामुळे प्रवाहकीय कण वेगळे होतात आणि प्रवाहकीय मार्ग तुटतात (अंजीर 5B).फिल्म तात्काळ इन्सुलेट होते आणि त्यामुळे बॅटरीचे ऑपरेशन बंद होते (अंजीर 5C).ही प्रक्रिया अत्यंत उलट करता येण्यासारखी आहे आणि कार्यक्षमतेशी तडजोड न करता एकाधिक अतिउत्साही घटनांनंतरही कार्य करू शकते.

चित्र 5 स्टेज 2 मधील समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी धोरणे.

(A) TRPS वर्तमान कलेक्टरच्या थर्मल स्विचिंग यंत्रणेचे योजनाबद्ध चित्रण.सुरक्षित बॅटरीमध्ये एक किंवा दोन वर्तमान कलेक्टर्स पातळ TRPS थराने लेपित असतात.हे सामान्यपणे खोलीच्या तपमानावर चालते.तथापि, उच्च तापमान किंवा मोठ्या प्रवाहाच्या बाबतीत, पॉलिमर मॅट्रिक्सचा विस्तार होतो, त्यामुळे प्रवाहकीय कण वेगळे होतात, ज्यामुळे त्याची चालकता कमी होते, त्याचा प्रतिकार मोठ्या प्रमाणात वाढतो आणि बॅटरी बंद होते.त्यामुळे बॅटरीची रचना नुकसान न होता संरक्षित केली जाऊ शकते.थंड झाल्यावर, पॉलिमर संकुचित होतो आणि मूळ प्रवाहकीय मार्ग परत मिळवतो.(ब) तापमानाचे कार्य म्हणून भिन्न TRPS फिल्म्सची प्रतिरोधकता बदल, ज्यामध्ये भिन्न GrNi लोडिंगसह PE/GrNi आणि GrNi च्या 30% (v/v) लोडिंगसह PP/GrNi समाविष्ट आहे.(C) 25°C आणि शटडाउन दरम्यान सुरक्षित LiCoO2 बॅटरी सायकलिंगची क्षमता सारांश.70°C वर जवळपास-शून्य क्षमता पूर्ण शटडाउन दर्शवते.(A), (B), आणि (C) स्प्रिंगर नेचरच्या परवानगीने पुनरुत्पादित केले आहेत.(D) LIB साठी मायक्रोस्फीअर-आधारित शटडाउन संकल्पनेचे योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व.इलेक्ट्रोड्स थर्मोर्सस्पॉन्सिव्ह मायक्रोस्फियर्ससह कार्यान्वित केले जातात जे, गंभीर अंतर्गत बॅटरी तापमानाच्या वर, थर्मल संक्रमण (वितळणे) करतात.वितळलेल्या कॅप्सूल इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागावर आवरण करतात, आयनिकली इन्सुलेट अडथळा बनवतात आणि बॅटरी सेल बंद करतात.(ई) 94% अॅल्युमिना कण आणि 6% स्टायरीन-बुटाडियन रबर (SBR) बाईंडरने बनलेला एक पातळ आणि स्वयं-स्थायी अजैविक संमिश्र पडदा सोल्यूशन कास्टिंग पद्धतीने तयार केला गेला.उजवीकडे: अजैविक मिश्रित विभाजक आणि PE विभाजकाची थर्मल स्थिरता दर्शवणारी छायाचित्रे.विभाजक 130°C वर 40 मिनिटांसाठी ठेवण्यात आले.ठिपकेदार चौकोन असलेल्या क्षेत्रापासून PE लक्षणीयरीत्या कमी झाला.तथापि, संमिश्र विभाजकाने स्पष्ट संकोचन दर्शवले नाही.एल्सेव्हियरच्या परवानगीने पुनरुत्पादित.(F) कमी उच्च-तापमान संकोचनसह विभाजक सामग्री म्हणून काही उच्च-वितळणारे तापमान पॉलिमरची आण्विक रचना.शीर्ष: पॉलिमाइड (पीआय).मध्य: सेल्युलोज.तळ: पॉली(ब्यूटिलीन) टेरेफ्थालेट.(जी) डावीकडे: पीई आणि पीपी विभाजकासह पीआयच्या डीएससी स्पेक्ट्राची तुलना;PI विभाजक 30° ते 275°C तापमानाच्या श्रेणीत उत्कृष्ट थर्मल स्थिरता दाखवतो.उजवीकडे: व्यावसायिक विभाजक आणि प्रोपीलीन कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइटसह संश्लेषित PI विभाजकाच्या ओलेपणाची तुलना करणारे डिजिटल कॅमेरा फोटो.अमेरिकन केमिकल सोसायटीच्या परवानगीने पुनरुत्पादित.

थर्मल शटडाउन विभाजक.स्टेज 2 दरम्यान बॅटरींना थर्मल रनअवेपासून रोखण्यासाठी आणखी एक धोरण म्हणजे विभाजकाद्वारे ली आयनचा वहन मार्ग बंद करणे.LIBs च्या सुरक्षिततेसाठी विभाजक हे प्रमुख घटक आहेत, कारण ते आयनिक वाहतुकीस परवानगी देताना उच्च-ऊर्जा कॅथोड आणि एनोड सामग्रीमधील थेट विद्युत संपर्कास प्रतिबंध करतात.PP आणि PE हे सामान्यतः वापरले जाणारे साहित्य आहेत, परंतु त्यांची थर्मल स्थिरता खराब आहे, वितळण्याचे बिंदू अनुक्रमे ~165° आणि ~135°C आहेत.व्यावसायिक LIB साठी, PP/PE/PP ट्रायलेअर स्ट्रक्चरसह विभाजक आधीच व्यावसायिकीकृत केले गेले आहेत, जेथे PE हा संरक्षक मध्यम स्तर आहे.जेव्हा बॅटरीचे अंतर्गत तापमान गंभीर तापमानापेक्षा (~130°C) वाढते, तेव्हा सच्छिद्र PE थर अंशतः वितळतो, ज्यामुळे फिल्म छिद्रे बंद होतात आणि द्रव इलेक्ट्रोलाइटमधील आयनांचे स्थलांतर रोखतात, तर PP थर अंतर्गत टाळण्यासाठी यांत्रिक समर्थन पुरवतो. शॉर्टिंगवैकल्पिकरित्या, थर्मोस्पॉन्सिव्ह पीई किंवा पॅराफिन वॅक्स मायक्रोस्फेअर्सचा वापर करून बॅटरी एनोड्स किंवा सेपरेटर्सचा संरक्षक स्तर म्हणून LIB चे थर्मलली प्रेरित शटडाउन देखील साध्य केले जाऊ शकते.जेव्हा बॅटरीचे अंतर्गत तापमान गंभीर मूल्यापर्यंत पोहोचते, तेव्हा मायक्रोस्फिअर्स वितळतात आणि एनोड/सेपरेटरला नॉन-पारगम्य अडथळ्याने आवरण देतात, लि-आयन वाहतूक थांबवतात आणि सेल कायमचा बंद करतात (अंजीर 5D).

उच्च थर्मल स्थिरता सह विभाजक.बॅटरी विभाजकांची थर्मल स्थिरता सुधारण्यासाठी, गेल्या अनेक वर्षांमध्ये दोन पद्धती विकसित केल्या गेल्या आहेत:

(1) सिरेमिक-वर्धित विभाजक, एकतर थेट कोटिंगद्वारे किंवा विद्यमान पॉलीओलेफिन विभाजक पृष्ठभागांवर SiO2 आणि Al2O3 सारख्या सिरॅमिक स्तरांच्या पृष्ठभागावर वाढ करून किंवा पॉलिमरिक सामग्रीमध्ये एम्बेड केलेले सिरेमिक पावडर (अंजीर 5E) , खूप उच्च वितळण्याचे बिंदू आणि उच्च यांत्रिक शक्ती दर्शविते आणि तुलनेने उच्च थर्मल चालकता देखील आहे.या रणनीतीद्वारे तयार केलेले काही संमिश्र विभाजक व्यापारीकरण केले गेले आहेत, जसे की Separion (व्यापार नाव).

(२) पॉलीओलेफिन ते पॉलीओलेफिनपासून उच्च-वितळणाऱ्या तापमानाच्या पॉलिमरमध्ये विभाजक सामग्री बदलणे हे तापल्यावर कमी संकोचन असलेल्या पॉलिमाइड, सेल्युलोज, पॉली(ब्युटीलीन) टेरेफ्थालेट आणि इतर समान पॉली(एस्टर्स) हे थर्मल स्थिरता सुधारण्यासाठी आणखी एक प्रभावी धोरण आहे. विभाजकांचे (अंजीर 5F).उदाहरणार्थ, पॉलिमाइड हे थर्मोसेटिंग पॉलिमर आहे ज्याला त्याची उत्कृष्ट थर्मल स्थिरता (४०० डिग्री सेल्सिअसपेक्षा जास्त स्थिर), उत्तम रासायनिक प्रतिरोधकता, उच्च तन्य शक्ती, उत्तम इलेक्ट्रोलाइट ओलेपणा, आणि ज्वाला मंदता (फ्लेम रिटार्डन्सी) यामुळे एक आशादायक पर्याय म्हणून ओळखले जाते.अंजीर 5G) .

कूलिंग फंक्शनसह बॅटरी पॅकेजेस.हवेच्या अभिसरणाने किंवा द्रव कूलिंगद्वारे सक्षम केलेल्या डिव्हाइस-स्केल थर्मल मॅनेजमेंट सिस्टमचा वापर बॅटरीची कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी आणि तापमान वाढ कमी करण्यासाठी केला गेला आहे.या व्यतिरिक्त, पॅराफिन वॅक्स सारख्या फेज-चेंज मटेरियल बॅटरी पॅकमध्ये समाकलित केले गेले आहेत जे त्यांच्या तापमानाचे नियमन करण्यासाठी उष्णता सिंक म्हणून काम करतात, त्यामुळे तापमानाचा गैरवापर टाळला जातो.

स्टेज 3 मधील समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी (दहन आणि स्फोट)

उष्णता, ऑक्सिजन आणि इंधन, ज्याला "अग्निकोण" म्हणून ओळखले जाते, बहुतेक आगीसाठी आवश्यक घटक आहेत.स्टेज 1 आणि 2 दरम्यान निर्माण होणारी उष्णता आणि ऑक्सिजन जमा झाल्यामुळे, इंधन (म्हणजे, अत्यंत ज्वलनशील इलेक्ट्रोलाइट्स) आपोआप ज्वलन सुरू होईल.इलेक्ट्रोलाइट सॉल्व्हेंट्सची ज्वलनशीलता कमी करणे बॅटरीच्या सुरक्षिततेसाठी आणि LIBs च्या पुढील मोठ्या प्रमाणावरील अनुप्रयोगांसाठी आवश्यक आहे.

ज्वाला-प्रतिरोधक पदार्थ.द्रव इलेक्ट्रोलाइट्सची ज्वलनशीलता कमी करण्यासाठी ज्वाला-प्रतिरोधक ऍडिटीव्हच्या विकासासाठी प्रचंड संशोधन प्रयत्न समर्पित केले गेले आहेत.द्रव इलेक्ट्रोलाइट्समध्ये वापरले जाणारे बहुतेक ज्वाला-प्रतिरोधक पदार्थ सेंद्रिय फॉस्फरस संयुगे किंवा सेंद्रिय हॅलोजनेटेड संयुगेवर आधारित असतात.हॅलोजन पर्यावरण आणि मानवी आरोग्यासाठी घातक असल्याने, सेंद्रिय फॉस्फरस संयुगे त्यांच्या उच्च ज्वाला-प्रतिरोधक क्षमता आणि पर्यावरण मित्रत्वामुळे ज्वाला-प्रतिरोधक पदार्थ म्हणून अधिक आशादायक उमेदवार आहेत.ठराविक सेंद्रिय फॉस्फरस संयुगेमध्ये ट्रायमिथाइल फॉस्फेट, ट्रायफेनाइल फॉस्फेट, bis(2-मेथॉक्सीथॉक्सी) मेथाइलॅलिलफॉस्फोनेट, ट्रिस(2,2,2-ट्रायफ्लोरोइथिल) फॉस्फाइट, (इथॉक्सी) पेंटाफ्लोरोसायक्लोट्रिफॉझिलेनिथ, इ.अंजीर 6A).या फॉस्फरस-युक्त यौगिकांच्या ज्वाला मंदता प्रभावाची यंत्रणा सामान्यतः रासायनिक मूलगामी-स्वच्छता प्रक्रिया असल्याचे मानले जाते.ज्वलन दरम्यान, फॉस्फरस-युक्त रेणू फॉस्फरस-युक्त फ्री-रॅडिकल प्रजातींमध्ये विघटित होऊ शकतात, जे नंतर सतत ज्वलनासाठी जबाबदार असलेल्या साखळी प्रतिक्रिया प्रसारादरम्यान तयार होणारे रॅडिकल्स (उदाहरणार्थ, एच आणि ओएच रॅडिकल्स) संपुष्टात आणू शकतात (अंजीर 6, B आणि C) .दुर्दैवाने, या फॉस्फरस-युक्त ज्वालारोधकांच्या व्यतिरिक्त ज्वलनशीलता कमी होणे इलेक्ट्रोकेमिकल कार्यक्षमतेच्या खर्चावर येते.हा व्यवहार सुधारण्यासाठी, इतर संशोधकांनी त्यांच्या आण्विक संरचनेत काही बदल केले आहेत: (i) अल्काइल फॉस्फेट्सचे आंशिक फ्लोरिनेशन त्यांची घटणारी स्थिरता आणि त्यांची ज्योत रिटार्डन्सी प्रभावीता सुधारू शकते;(ii) bis(2-methoxyethoxy)methylallylphosphonate सारख्या संरक्षणात्मक फिल्म बनवणारे आणि ज्वाला-प्रतिरोधक गुणधर्म असलेल्या संयुगांचा वापर, जिथे अॅलीलिक गट ग्रेफाइट पृष्ठभागांवर एक स्थिर SEI फिल्म बनवू शकतात आणि अशा प्रकारे प्रभावीपणे धोकादायक बाजू रोखू शकतात. प्रतिक्रिया;(iii) P(V) फॉस्फेटचे P(III) फॉस्फेटमध्ये बदल, जे SEI निर्मिती सुलभ करतात आणि घातक PF5 निष्क्रिय करण्यास सक्षम आहेत [उदाहरणार्थ, tris(2,2,2-trifluoroethyl) फॉस्फाइट];आणि (iv) ऑर्गनोफॉस्फरस ऍडिटीव्हच्या जागी चक्रीय फॉस्फेझिन, विशेषत: फ्लोरिनेटेड सायक्लोफॉस्फेझिन, ज्याने इलेक्ट्रोकेमिकल सुसंगतता वाढवली आहे.

चित्र 6 स्टेज 3 मधील समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी धोरणे.

(अ) ज्वाला-प्रतिरोधक पदार्थांची विशिष्ट आण्विक रचना.(ब) या फॉस्फरस-युक्त संयुगांच्या ज्वाला मंदता परिणामांची यंत्रणा ही सामान्यतः रासायनिक मूलगामी-स्वच्छता प्रक्रिया असल्याचे मानले जाते, ज्यामुळे वायूच्या टप्प्यातील ज्वलन प्रतिक्रियेसाठी जबाबदार असलेल्या मूलगामी साखळी प्रतिक्रिया संपुष्टात येऊ शकतात.TPP, triphenyl फॉस्फेट.(C) टिपिकल कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइटचा सेल्फ-विझविण्याचा वेळ (SET) ट्रायफेनिल फॉस्फेटच्या व्यतिरिक्त लक्षणीयरीत्या कमी केला जाऊ शकतो.(D) LIB साठी थर्मल-ट्रिगर केलेल्या ज्वाला-प्रतिरोधक गुणधर्मांसह "स्मार्ट" इलेक्ट्रोस्पन विभाजकाचे योजनाबद्ध.फ्री-स्टँडिंग सेपरेटर कोर-शेल स्ट्रक्चरसह मायक्रोफायबर्सने बनलेला असतो, जेथे ज्वालारोधक हा कोर असतो आणि पॉलिमर शेल असतो.थर्मल ट्रिगरिंग झाल्यावर, पॉलिमर शेल वितळते आणि नंतर एनकॅप्स्युलेटेड फ्लेम रिटार्डंट इलेक्ट्रोलाइटमध्ये सोडले जाते, अशा प्रकारे इलेक्ट्रोलाइट्सचे प्रज्वलन आणि जळणे प्रभावीपणे दाबले जाते.(ई) टीपीपी@पीव्हीडीएफ-एचएफपी मायक्रोफायबर्सची एसईएम प्रतिमा कोरल्यानंतर त्यांची कोर-शेल रचना स्पष्टपणे दर्शवते.स्केल बार, 5 μm.(F) LIB साठी नॉन-ज्वलनशील इलेक्ट्रोलाइट्स म्हणून वापरल्या जाणार्‍या खोलीच्या तापमानाच्या आयनिक द्रवाची विशिष्ट आण्विक संरचना.(G) PFPE ची आण्विक रचना, एक नॉन-ज्वलनशील परफ्लोरिनेटेड पीईओ अॅनालॉग.दोन मिथाइल कार्बोनेट गट पॉलिमर साखळींच्या टर्मिनल्सवर सुधारित केले जातात ज्यामुळे वर्तमान बॅटरी सिस्टमसह रेणूंची सुसंगतता सुनिश्चित केली जाते.

हे लक्षात घेतले पाहिजे की इलेक्ट्रोलाइटची कमी ज्वलनशीलता आणि सूचीबद्ध ऍडिटीव्हसाठी सेल कार्यप्रदर्शन यांच्यात नेहमीच व्यापार-बंद असतो, जरी ही तडजोड वरील आण्विक रचनांद्वारे सुधारली गेली आहे.या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी आणखी एक प्रस्तावित रणनीतीमध्ये मायक्रोफायबरच्या संरक्षक पॉलिमर शेलमध्ये ज्वालारोधक समाविष्ट करणे समाविष्ट आहे, जे पुढे नॉन विणलेले विभाजक तयार करण्यासाठी स्टॅक केलेले आहेत (अंजीर 6D) .LIBs साठी थर्मल-ट्रिगर केलेल्या ज्वाला-प्रतिरोधक गुणधर्मांसह एक नवीन इलेक्ट्रोस्पन नॉनव्होव्हन मायक्रोफायबर विभाजक तयार केले गेले.संरक्षक पॉलिमर शेलच्या आत फ्लेम रिटार्डंटचे एन्केप्सुलेशन इलेक्ट्रोलाइटमध्ये ज्वालारोधक थेट संपर्कात येण्यापासून प्रतिबंधित करते, बॅटरीच्या इलेक्ट्रोकेमिकल कार्यक्षमतेवर रिटार्डंट्सचे नकारात्मक प्रभाव टाळते (अंजीर 6E).तथापि, LIB बॅटरीची थर्मल रनअवे आढळल्यास, पॉली(विनाइलिडेनफ्लोराइड-हेक्साफ्लोरो प्रोपीलीन) कॉपॉलिमर (PVDF-HFP) कवच तापमान वाढल्याने वितळेल.त्यानंतर एन्कॅप्स्युलेटेड ट्रायफेनिल फॉस्फेट फ्लेम रिटार्डंट इलेक्ट्रोलाइटमध्ये सोडले जाईल, अशा प्रकारे अत्यंत ज्वलनशील इलेक्ट्रोलाइट्सचे ज्वलन प्रभावीपणे दाबले जाईल.

या कोंडीचे निराकरण करण्यासाठी "मीठ-केंद्रित इलेक्ट्रोलाइट" संकल्पना देखील विकसित केली गेली.रिचार्ज करण्यायोग्य बॅटरीसाठी या अग्निशामक सेंद्रीय इलेक्ट्रोलाइट्समध्ये मीठ म्हणून LiN(SO2F)2 आणि ट्रायमिथाइल फॉस्फेट (TMP) चे लोकप्रिय ज्वालारोधक एकमेव सॉल्व्हेंट असते.स्थिर इलेक्ट्रोकेमिकल कार्यक्षमतेसाठी एनोडवर मजबूत मीठ-व्युत्पन्न अजैविक SEI ची उत्स्फूर्त निर्मिती महत्त्वपूर्ण आहे.ही नवीन रणनीती इतर विविध ज्वालारोधकांपर्यंत विस्तारित केली जाऊ शकते आणि सुरक्षित LIB साठी नवीन ज्वाला-प्रतिरोधक सॉल्व्हेंट्स विकसित करण्यासाठी एक नवीन मार्ग उघडू शकतो.

ज्वलनशील द्रव इलेक्ट्रोलाइट्स.इलेक्ट्रोलाइटच्या सुरक्षेच्या मुद्द्यांवर अंतिम उपाय म्हणजे आंतरिकरित्या ज्वलनशील इलेक्ट्रोलाइट्स विकसित करणे.नॉन-ज्वलनशील इलेक्ट्रोलाइट्सचा एक गट ज्याचा विस्तृतपणे अभ्यास केला गेला आहे तो म्हणजे आयनिक द्रव, विशेषत: खोलीच्या तपमानाचे आयनिक द्रव, जे नॉनव्होलॅटाइल (200 डिग्री सेल्सिअसपेक्षा कमी बाष्प दाब नसतात) आणि ज्वलनशील नसतात आणि विस्तृत तापमान विंडो असते (अंजीर 6F) .तथापि, त्यांच्या उच्च स्निग्धता, कमी Li हस्तांतरण संख्या, कॅथोडिक किंवा कमी करणारी अस्थिरता आणि आयनिक द्रव्यांच्या उच्च किंमतीमुळे उद्भवलेल्या कमी दर क्षमतेच्या समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी अद्याप सतत संशोधन आवश्यक आहे.

कमी-आण्विक वजन हायड्रोफ्लोरोइथर्स हा नॉन-ज्वलनशील द्रव इलेक्ट्रोलाइट्सचा आणखी एक वर्ग आहे कारण त्यांच्या उच्च किंवा कोणतेही फ्लॅश पॉइंट, नॉन-फ्लॅमेबिलिटी, कमी पृष्ठभागावरील ताण, कमी स्निग्धता, कमी गोठण तापमान इ.बॅटरी इलेक्ट्रोलाइट्सच्या निकषांची पूर्तता करण्यासाठी त्यांच्या रासायनिक गुणधर्मांशी जुळवून घेण्यासाठी योग्य आण्विक रचना केली पाहिजे.नुकतेच नोंदवले गेलेले एक मनोरंजक उदाहरण म्हणजे परफ्लुओरोपॉलिएथर (पीएफपीई), एक परफ्लुओरिनेटेड पॉलीथिलीन ऑक्साईड (पीईओ) अॅनालॉग जो त्याच्या नॉन-फ्लॅमेबिलिटीसाठी प्रसिद्ध आहे.अंजीर 6G) .दोन मिथाइल कार्बोनेट गट PFPE चेन (PFPE-DMC) च्या टर्मिनल गटांवर सुधारित केले आहेत जेणेकरुन वर्तमान बॅटरी सिस्टमसह रेणूंची सुसंगतता सुनिश्चित केली जाईल.अशाप्रकारे, PFPEs ची ज्वलनशीलता आणि थर्मल स्थिरता LIB ची सुरक्षितता लक्षणीयरीत्या सुधारू शकते आणि अनन्य आण्विक संरचना डिझाइनमुळे इलेक्ट्रोलाइट हस्तांतरण संख्या वाढवते.

स्टेज 3 हा थर्मल रनअवे प्रक्रियेसाठी अंतिम परंतु विशेषतः महत्त्वपूर्ण टप्पा आहे.हे लक्षात घेतले पाहिजे की अत्याधुनिक द्रव इलेक्ट्रोलाइटची ज्वलनशीलता कमी करण्यासाठी खूप प्रयत्न केले गेले असले तरी, नॉन-व्होलॅटाइल असलेल्या सॉलिड-स्टेट इलेक्ट्रोलाइट्सचा वापर उत्कृष्ट आश्वासन दर्शवितो.सॉलिड इलेक्ट्रोलाइट्स प्रामुख्याने दोन प्रकारात मोडतात: अजैविक सिरॅमिक इलेक्ट्रोलाइट्स [सल्फाइड्स, ऑक्साईड्स, नायट्राइड्स, फॉस्फेट्स, इ.] आणि घन पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट्स [पॉलिमरसह ली क्षारांचे मिश्रण, जसे की पॉली(इथिलीन ऑक्साइड), पॉलीएक्रिलोनिट्रिल इ.].सॉलिड इलेक्ट्रोलाइट्स सुधारण्याचे प्रयत्न येथे तपशीलवार दिले जाणार नाहीत, कारण हा विषय आधीच अनेक अलीकडील पुनरावलोकनांमध्ये चांगला सारांशित केला गेला आहे.

आउटलुक

भूतकाळात, बॅटरी सुरक्षितता सुधारण्यासाठी अनेक नवीन साहित्य विकसित केले गेले आहेत, जरी अद्याप समस्येचे पूर्णपणे निराकरण झाले नाही.याव्यतिरिक्त, प्रत्येक भिन्न बॅटरी रसायनशास्त्रासाठी सुरक्षेच्या समस्यांशी संबंधित यंत्रणा भिन्न असतात.अशा प्रकारे, वेगवेगळ्या बॅटरीसाठी तयार केलेली विशिष्ट सामग्री डिझाइन केली पाहिजे.आमचा विश्वास आहे की अधिक कार्यक्षम पद्धती आणि चांगल्या प्रकारे डिझाइन केलेली सामग्री शोधणे बाकी आहे.येथे, आम्ही भविष्यातील बॅटरी सुरक्षा संशोधनासाठी अनेक संभाव्य दिशानिर्देशांची यादी करतो.

प्रथम, LIBs च्या अंतर्गत आरोग्य स्थिती शोधण्यासाठी आणि त्यांचे निरीक्षण करण्यासाठी स्थितीत किंवा ऑपरेंडो पद्धती विकसित करणे महत्वाचे आहे.उदाहरणार्थ, थर्मल रनअवे प्रक्रिया LIB मध्ये अंतर्गत तापमान किंवा दबाव वाढीशी जवळून संबंधित आहे.तथापि, बॅटरीमधील तापमान वितरण ऐवजी जटिल आहे आणि इलेक्ट्रोलाइट्स आणि इलेक्ट्रोड्स तसेच विभाजकांच्या मूल्यांचे अचूकपणे निरीक्षण करण्यासाठी पद्धती आवश्यक आहेत.अशा प्रकारे, वेगवेगळ्या घटकांसाठी हे पॅरामीटर्स मोजण्यात सक्षम असणे हे निदान करण्यासाठी आणि अशा प्रकारे बॅटरी सुरक्षिततेचे धोके रोखण्यासाठी महत्त्वपूर्ण आहे.

बॅटरी सुरक्षिततेसाठी विभाजकांची थर्मल स्थिरता महत्त्वपूर्ण आहे.उच्च वितळण्याचे बिंदू असलेले नवीन विकसित पॉलिमर विभाजकाची थर्मल अखंडता वाढवण्यासाठी प्रभावी आहेत.तथापि, त्यांचे यांत्रिक गुणधर्म अद्याप निकृष्ट आहेत, बॅटरी असेंब्ली दरम्यान त्यांची प्रक्रियाक्षमता मोठ्या प्रमाणात कमी करते.शिवाय, किंमत देखील एक महत्त्वाचा घटक आहे ज्याचा व्यावहारिक अनुप्रयोगांसाठी विचार केला पाहिजे.

घन इलेक्ट्रोलाइट्सचा विकास हा LIB च्या सुरक्षिततेच्या समस्यांसाठी अंतिम उपाय असल्याचे दिसते.घन इलेक्ट्रोलाइटमुळे आग आणि स्फोट होण्याच्या जोखमीसह बॅटरी अंतर्गत शॉर्टिंगची शक्यता मोठ्या प्रमाणात कमी होईल.घन इलेक्ट्रोलाइट्सच्या प्रगतीसाठी खूप प्रयत्न केले गेले असले तरी, त्यांची कार्यक्षमता द्रव इलेक्ट्रोलाइट्सच्या तुलनेत खूप मागे आहे.अजैविक आणि पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट्सचे संमिश्र उत्तम क्षमता दर्शवतात, परंतु त्यांना नाजूक रचना आणि तयारी आवश्यक असते.आम्ही यावर जोर देतो की अकार्बनिक-पॉलिमर इंटरफेसची योग्य रचना आणि त्यांच्या संरेखनाची अभियांत्रिकी कार्यक्षम ली-आयन वाहतुकीसाठी महत्त्वपूर्ण आहे.

हे लक्षात घ्यावे की द्रव इलेक्ट्रोलाइट हा एकमेव बॅटरी घटक नाही जो दहनशील आहे.उदाहरणार्थ, जेव्हा LIBs वर जास्त शुल्क आकारले जाते, तेव्हा ज्वलनशील लिथिएटेड एनोड सामग्री (उदाहरणार्थ, लिथिएटेड ग्रेफाइट) देखील एक मोठी सुरक्षा चिंता असते.सॉलिड-स्टेट मटेरियलची आग कार्यक्षमतेने रोखू शकणार्‍या ज्वालारोधकांना त्यांची सुरक्षा वाढवण्यासाठी खूप मागणी आहे.ज्वालारोधक ग्रेफाइटमध्ये पॉलिमर बाइंडर किंवा प्रवाहकीय फ्रेमवर्कच्या स्वरूपात मिसळले जाऊ शकतात.

बॅटरी सुरक्षा ही एक जटिल आणि अत्याधुनिक समस्या आहे.बॅटरी सुरक्षेच्या भविष्यासाठी अधिक प्रगत व्यक्तिचित्रण पद्धतींव्यतिरिक्त सखोल समजून घेण्यासाठी मूलभूत यांत्रिक अभ्यासामध्ये अधिक प्रयत्नांची आवश्यकता आहे, जे सामग्रीच्या डिझाइनचे मार्गदर्शन करण्यासाठी पुढील माहिती देऊ शकतात.जरी हे पुनरावलोकन सामग्री-स्तरीय सुरक्षिततेवर लक्ष केंद्रित करत असले तरी, हे लक्षात घेतले पाहिजे की LIBs च्या सुरक्षिततेच्या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी एक समग्र दृष्टीकोन आवश्यक आहे, जिथे साहित्य, सेल घटक आणि स्वरूप आणि बॅटरी मॉड्यूल आणि पॅक बॅटरीला विश्वासार्ह बनवण्यासाठी समान भूमिका बजावतात. ते बाजारात सोडले जातात.