องค์ประกอบภายในของแบตเตอรี่ลิเธียมส่วนใหญ่เป็นอิเล็กโทรดบวก | อิเล็กโทรไลต์ | ไดอะแฟรม | อิเล็กโทรไลต์ | อิเล็กโทรดเชิงลบบนพื้นฐานนี้การเชื่อมหูอิเล็กโทรดบรรจุภัณฑ์และขั้นตอนอื่น ๆ ในที่สุดก็กลายเป็นเซลล์ที่สมบูรณ์ หลังจากการชาร์จเริ่มต้นและการคายประจุของเซลล์แบตเตอรี่ความจุส่วนประกอบทางเคมีและไอเสียและขั้นตอนอื่น ๆ สามารถใช้ในโรงงาน ขั้นตอนแรกในกระบวนการนี้คือการเลือกวัสดุ ปัจจัยหลักที่มีผลต่อความปลอดภัยของวัสดุคือพลังงานวงโคจรที่แท้จริงโครงสร้างผลึกและคุณสมบัติของวัสดุ
วัสดุอิเล็กโทรดบวก
บทบาทหลักของวัสดุที่ใช้งานอยู่ในแบตเตอรี่คือการมีส่วนร่วมในความจุเฉพาะและพลังงานที่เฉพาะเจาะจงและศักยภาพอิเล็กโทรดภายในนั้นมีผลกระทบต่อความปลอดภัย ตัวอย่างเช่นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาจีนได้ใช้วัสดุแรงดันไฟฟ้าต่ำ LIFEPO4 (ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต) อย่างกว้างขวางเป็นวัสดุอิเล็กโทรดที่เป็นบวกสำหรับแบตเตอรี่พลังงานในยานพาหนะขนส่ง (เช่นรถยนต์ไฟฟ้าไฮบริด HEV, รถยนต์ไฟฟ้า EV) และอุปกรณ์เก็บพลังงาน ( เช่นแหล่งจ่ายไฟที่ไม่หยุดยั้ง) อย่างไรก็ตามข้อได้เปรียบด้านความปลอดภัยของ LIFEPO4 ในวัสดุจำนวนมากมาจากค่าใช้จ่ายของความหนาแน่นพลังงานซึ่งหมายความว่าอายุการใช้งานแบตเตอรี่ของผู้ใช้ (เช่น EV, UPS) จะถูก จำกัด วัสดุที่ประกอบไปด้วย NMC (Linixmnyco1-X-YO2) มีประสิทธิภาพความหนาแน่นของพลังงานที่ยอดเยี่ยม แต่เป็นวัสดุแคโทดในอุดมคติสำหรับแบตเตอรี่พลังงานปัญหาด้านความปลอดภัยยังไม่ได้รับการแก้ไขอย่างเต็มที่ เพื่อศึกษาพฤติกรรมความร้อนของวัสดุแคโทดนักวิจัยได้ทำงานจำนวนมากและพบว่าศักยภาพของอิเล็กโทรดภายในและโครงสร้างผลึกเป็นปัจจัยหลักที่มีผลต่อความปลอดภัยเช่นไม่ว่าจะเป็นอิเล็กโทรดที่มีศักยภาพ μ c หน้าต่างไฟฟ้าเคมีของอิเล็กโทรไลต์นั้นถูกจับคู่อย่างสมบูรณ์แบบและลิเธียมไอออนหลายตัวสามารถผ่านได้อย่างราบรื่นผ่านตาข่ายในเวลาเดียวกันหรือไม่ ประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยของวัสดุที่ใช้งานได้ดีสามารถปรับปรุงได้โดยการเลือกประเภทวัสดุและการเติมองค์ประกอบ
วัสดุอิเล็กโทรดเชิงลบ
อิทธิพลของวัสดุที่ใช้งานเชิงลบต่อประสิทธิภาพความปลอดภัยส่วนใหญ่เกิดจากความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานวงโคจรที่แท้จริงและการกำหนดค่าของอิเล็กโทรไลต์ Lumo และ HOMO ในกระบวนการชาร์จอย่างรวดเร็วความเร็วของลิเธียมไอออนผ่านฟิล์ม SEI (อินเตอร์เฟซอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็ง) อาจช้ากว่าอัตราการสะสมของลิเธียมในอิเล็กโทรดเชิงลบและผลึกสาขาลิเธียมจะเติบโตอย่างต่อเนื่อง ซึ่งอาจนำไปสู่การลัดวงจรภายในและจุดชนวนอิเล็กโทรไลต์ที่ติดไฟได้ซึ่งจำกัดความปลอดภัยของอิเล็กโทรดเชิงลบในกระบวนการชาร์จที่รวดเร็ว เฉพาะเมื่อความแตกต่างระหว่างแรงไฟฟ้าเชิงลบของโลหะผสมลิเธียมที่มีวัสดุคาร์บอนเป็นชั้นบัฟเฟอร์และแรงไฟฟ้าของลิเธียมน้อยกว่า -0.7ev, คือ μ a < μ li0.7ev สามารถรับประกันได้ว่าการสะสมของการสะสมของ ลิเธียมจะไม่ทำให้เกิดการลัดวงจร ด้วยเหตุผลด้านความปลอดภัยแบตเตอรี่พลังงานควรใช้วัสดุอิเล็กโทรดเชิงลบที่มีแรงไฟฟ้าน้อยกว่า 1.0EV (เทียบกับ Li+/Li0) เพื่อให้ได้การชาร์จอย่างรวดเร็วอย่างปลอดภัยหรือควบคุมแรงดันไฟฟ้าชาร์จต่ำกว่าศักยภาพการสะสมของลิเธียม LI4TI5O12 มีข้อได้เปรียบด้านความปลอดภัยในการชาร์จอย่างรวดเร็วและการปล่อยอย่างรวดเร็วเนื่องจากแรงไฟฟ้าที่ 1.5EV (เทียบกับ LI+/LI0) ซึ่งต่ำกว่า LUMO ของอิเล็กโทรไลต์ นอกจากนี้ยังมีวัสดุเชิงลบ Ti0.9nb0.1nb2o7 ซึ่งสามารถชาร์จได้อย่างรวดเร็วและปล่อยออกมานานกว่า 30 สัปดาห์ที่แรงดันไฟฟ้า 1.3 ≤ v ≤ 1.6V (เทียบกับ Li+/Li0) และมีกำลังการผลิตที่เฉพาะเจาะจง 300mahg1 ซึ่งสูงกว่า LTO ในระหว่างกระบวนการปลดปล่อยเนื่องจากไม่มีการแข่งขันระหว่างความเร็วของลิเธียมไอออนผ่านฟิล์ม SEI และการสะสมบนอิเล็กโทรดเชิงลบกระบวนการปลดปล่อยที่รวดเร็วจึงปลอดภัย