Liệu việc lựa chọn vật liệu cực dương và cực âm cho pin lithium-ion có ảnh hưởng đến an toàn

Thành phần bên trong của pin lithium chủ yếu là điện cực dương | điện giải | cơ hoành | điện giải | Điện cực âm, trên cơ sở này, hàn tai điện cực, bao bì và các bước khác cuối cùng tạo thành một ô hoàn chỉnh. Sau khi sạc ban đầu và xả pin, công suất thành phần hóa học và khí thải và các bước khác, nó có thể được sử dụng trong nhà máy. Bước đầu tiên trong quá trình này là lựa chọn vật liệu. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến sự an toàn của vật liệu là năng lượng quỹ đạo nội tại, cấu trúc tinh thể và tính chất vật liệu của nó.

Vật liệu điện cực dương

Vai trò chính của vật liệu hoạt động tích cực trong pin là đóng góp vào năng lực cụ thể và năng lượng cụ thể, và tiềm năng điện cực nội tại của nó có tác động nhất định đến an toàn. Ví dụ, trong những năm gần đây, Trung Quốc đã sử dụng rộng rãi vật liệu điện áp thấp LifePO4 (lithium Iron Phosphate) làm vật liệu điện cực dương cho pin điện trong phương tiện vận chuyển (như xe điện lai, xe điện EV) và thiết bị lưu trữ năng lượng ( chẳng hạn như tăng nguồn cung cấp điện không gián đoạn). Tuy nhiên, lợi thế an toàn của LIFEPO4 trong nhiều vật liệu thực sự phải trả giá bằng mật độ năng lượng, điều đó có nghĩa là thời lượng pin của người dùng (như EV, UPS) sẽ bị hạn chế. Các vật liệu ternary như NMC (Linixmnyco1-x-yo2) có hiệu suất mật độ năng lượng tuyệt vời, nhưng là vật liệu catốt lý tưởng cho pin điện, vấn đề an toàn chưa được giải quyết hoàn toàn. Để nghiên cứu hành vi nhiệt của vật liệu catốt, các nhà nghiên cứu đã thực hiện rất nhiều công việc và thấy rằng tiềm năng điện cực nội tại và cấu trúc tinh thể là các yếu tố chính ảnh hưởng đến sự an toàn của nó, chẳng hạn như liệu tiềm năng điện cực C và Homo quỹ đạo bị chiếm nhất cao nhất của Cửa sổ điện hóa của chất điện phân được kết hợp hoàn hảo và liệu nhiều ion lithium có thể đi qua mịn qua mạng cùng một lúc. Hiệu suất an toàn của các vật liệu hoạt động tích cực có thể được cải thiện bằng cách lựa chọn loại vật liệu và doping phần tử.

Vật liệu điện cực âm

Ảnh hưởng của vật liệu hoạt động tiêu cực đến hiệu suất an toàn chủ yếu là do mối quan hệ giữa năng lượng quỹ đạo nội tại của nó và cấu hình của LUMO và HOMO điện phân. Trong quá trình sạc nhanh, tốc độ của ion lithium thông qua màng SEI (giao diện điện phân rắn) có thể chậm hơn tốc độ lắng đọng của lithium trong điện cực âm và các tinh thể nhánh lithium sẽ phát triển liên tục với chu kỳ điện tích và chất thải, Điều này có thể dẫn đến các mạch ngắn bên trong và đốt cháy các loại điện phân dễ cháy, hạn chế sự an toàn của điện cực âm trong quá trình sạc nhanh. Chỉ khi sự khác biệt giữa lực điện từ âm của hợp kim lithium với vật liệu carbon như một lớp đệm và lực điện từ của lithium nhỏ hơn -0,7EV, IE μ < μ LI0.7EV, nó mới có thể đảm bảo rằng sự lắng đọng của sự lắng đọng của Lithium sẽ không gây ra một mạch ngắn. Vì lý do an toàn, pin điện nên sử dụng vật liệu điện cực âm với lực điện động dưới 1.0EV (so với Li+/Li0) để đạt được sạc nhanh an toàn hoặc kiểm soát điện áp sạc thấp hơn tiềm năng lắng đọng của lithium. LI4TI5O12 có lợi thế an toàn trong việc sạc nhanh và xả nhanh do lực điện động là 1,5EV (so với Li+/Li0), thấp hơn so với LUMO của chất điện phân. Ngoài ra còn có một vật liệu âm, TI0.9NB0.1NB2O7, có thể được sạc nhanh và xả trong hơn 30 tuần với điện áp là 1,3 ≤ V ≤ 1,6V (so với Li+/Li0) và có dung lượng cụ thể là 300mAhg1, mà cao hơn LTO. Trong quá trình xả thải, vì không có sự cạnh tranh giữa tốc độ của các ion lithium thông qua màng SEI và sự lắng đọng trên điện cực âm, quá trình phóng điện nhanh là an toàn.