Σε περιβάλλον χαμηλής θερμοκρασίας, η απόδοση της μπαταρίας ιόντων λιθίου δεν είναι ιδανική.Όταν οι συνήθως χρησιμοποιούμενες μπαταρίες ιόντων λιθίου λειτουργούν στους -10 ° C, η μέγιστη χωρητικότητα φόρτισης και εκφόρτισης και η τάση τερματικού θα μειωθούν σημαντικά σε σύγκριση με την κανονική θερμοκρασία [6], όταν η θερμοκρασία εκφόρτισης πέσει στους -20 ° C, η διαθέσιμη χωρητικότητα θα ακόμη και να μειωθεί στο 1/3 σε θερμοκρασία δωματίου 25 ° C, όταν η θερμοκρασία εκφόρτισης είναι χαμηλότερη, ορισμένες μπαταρίες λιθίου δεν μπορούν καν να φορτίσουν και να αποφορτίσουν τις δραστηριότητες, μπαίνοντας σε κατάσταση "νεκρής μπαταρίας".
1, Τα χαρακτηριστικά των μπαταριών ιόντων λιθίου σε χαμηλές θερμοκρασίες
(1) Μακροσκοπικό
Οι χαρακτηριστικές αλλαγές της μπαταρίας ιόντων λιθίου σε χαμηλή θερμοκρασία είναι οι εξής: με τη συνεχή μείωση της θερμοκρασίας, η ωμική αντίσταση και η αντίσταση πόλωσης αυξάνονται σε διαφορετικούς βαθμούς.Η τάση εκφόρτισης της μπαταρίας ιόντων λιθίου είναι χαμηλότερη από αυτή της κανονικής θερμοκρασίας.Κατά τη φόρτιση και την εκφόρτιση σε χαμηλή θερμοκρασία, η τάση λειτουργίας του αυξάνεται ή μειώνεται ταχύτερα από εκείνη στην κανονική θερμοκρασία, με αποτέλεσμα τη σημαντική μείωση της μέγιστης χρησιμοποιήσιμης χωρητικότητας και ισχύος.
(2) Μικροσκοπικά
Οι αλλαγές απόδοσης των μπαταριών ιόντων λιθίου σε χαμηλές θερμοκρασίες οφείλονται κυρίως στην επίδραση των παρακάτω σημαντικών παραγόντων.Όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι χαμηλότερη από -20℃, ο υγρός ηλεκτρολύτης στερεοποιείται, το ιξώδες του αυξάνεται απότομα και η ιοντική του αγωγιμότητα μειώνεται.Η διάχυση ιόντων λιθίου σε υλικά θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων είναι αργή.Το ιόν λιθίου είναι δύσκολο να αποδιαλυθεί και η μετάδοσή του στο φιλμ SEI είναι αργή και η σύνθετη αντίσταση μεταφοράς φορτίου αυξάνεται.Το πρόβλημα του δενδρίτη λιθίου είναι ιδιαίτερα εμφανές σε χαμηλή θερμοκρασία.
2, Για την επίλυση της απόδοσης χαμηλής θερμοκρασίας των μπαταριών ιόντων λιθίου
Σχεδιάστε ένα νέο σύστημα ηλεκτρολυτικών υγρών για να ανταποκρίνεται στο περιβάλλον χαμηλής θερμοκρασίας.Βελτιώστε τη δομή του θετικού και του αρνητικού ηλεκτροδίου για να επιταχύνετε την ταχύτητα μετάδοσης και να συντομεύσετε την απόσταση μετάδοσης.Ελέγξτε τη θετική και αρνητική διεπαφή στερεού ηλεκτρολύτη για μείωση της σύνθετης αντίστασης.
(1) πρόσθετα ηλεκτρολυτών
Γενικά, η χρήση λειτουργικών πρόσθετων είναι ένας από τους πιο αποτελεσματικούς και οικονομικούς τρόπους για τη βελτίωση της απόδοσης της μπαταρίας σε χαμηλή θερμοκρασία και για τη δημιουργία του ιδανικού φιλμ SEI.Επί του παρόντος, οι κύριοι τύποι προσθέτων είναι πρόσθετα με βάση ισοκυανικά, πρόσθετα με βάση το θείο, ιοντικά υγρά πρόσθετα και ανόργανα πρόσθετα άλατος λιθίου.
Για παράδειγμα, τα πρόσθετα με βάση το θειούχο διμεθυλεστέρα (DMS), με κατάλληλη αναγωγική δράση και επειδή τα προϊόντα αναγωγής του και η δέσμευση ιόντων λιθίου είναι πιο αδύναμα από το θειικό βινύλιο (DTD), η ανακούφιση από τη χρήση οργανικών προσθέτων θα αυξήσει την αντίσταση διεπαφής, για τη δημιουργία πιο σταθερή και καλύτερη ιοντική αγωγιμότητα του φιλμ διεπαφής αρνητικού ηλεκτροδίου.Οι θειώδεις εστέρες που αντιπροσωπεύονται από το διμεθυλοθειικό (DMS) έχουν υψηλή διηλεκτρική σταθερά και ευρύ φάσμα θερμοκρασιών λειτουργίας.
(2) Ο διαλύτης του ηλεκτρολύτη
Ο παραδοσιακός ηλεκτρολύτης μπαταρίας ιόντων λιθίου είναι να διαλύσει 1 mol εξαφθοροφωσφορικού λιθίου (LiPF6) σε έναν μικτό διαλύτη, όπως EC, PC, VC, DMC, ανθρακικό μεθυλαιθυλεστέρα (EMC) ή ανθρακικό διαιθυλεστέρα (DEC), όπου η σύνθεση του ο διαλύτης, το σημείο τήξης, η διηλεκτρική σταθερά, το ιξώδες και η συμβατότητα με το άλας λιθίου θα επηρεάσουν σοβαρά τη θερμοκρασία λειτουργίας της μπαταρίας.Προς το παρόν, ο ηλεκτρολύτης του εμπορίου στερεοποιείται εύκολα όταν εφαρμόζεται σε περιβάλλον χαμηλής θερμοκρασίας -20℃ και κάτω, η χαμηλή διηλεκτρική σταθερά κάνει το άλας λιθίου δύσκολο να διαχωριστεί και το ιξώδες είναι πολύ υψηλό για να κάνει την εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας και χαμηλή πλατφόρμα τάσης.Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου μπορούν να έχουν καλύτερη απόδοση σε χαμηλή θερμοκρασία βελτιστοποιώντας την υπάρχουσα αναλογία διαλυτών, όπως βελτιστοποιώντας τη σύνθεση ηλεκτρολύτη (EC:PC:EMC=1:2:7) έτσι ώστε το αρνητικό ηλεκτρόδιο TiO2(B)/γραφενίου να έχει Α χωρητικότητα ~240 mA h g-1 στους -20℃ και 0,1 A g-1 πυκνότητα ρεύματος.Ή αναπτύξτε νέους διαλύτες ηλεκτρολυτών χαμηλής θερμοκρασίας.Η κακή απόδοση των μπαταριών ιόντων λιθίου σε χαμηλές θερμοκρασίες σχετίζεται κυρίως με την αργή αποδιάλυση του Li+ κατά τη διαδικασία ενσωμάτωσης Li+ στο υλικό του ηλεκτροδίου.Ουσίες με χαμηλή ενέργεια δέσμευσης μεταξύ Li+ και μορίων διαλύτη, όπως το 1, 3-διοξοπεντυλένιο (DIOX), μπορούν να επιλεγούν και το τιτανικό λίθιο νανοκλίμακας χρησιμοποιείται ως υλικό ηλεκτροδίου για τη συναρμολόγηση της δοκιμής μπαταρίας για να αντισταθμίσει τον μειωμένο συντελεστή διάχυσης του υλικό ηλεκτροδίων σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες, έτσι ώστε να επιτυγχάνεται καλύτερη απόδοση σε χαμηλή θερμοκρασία.
(3) άλας λιθίου
Επί του παρόντος, το εμπορικό ιόν LiPF6 έχει υψηλή αγωγιμότητα, υψηλές απαιτήσεις υγρασίας στο περιβάλλον, κακή θερμική σταθερότητα και κακά αέρια όπως η αντίδραση HF στο νερό είναι εύκολο να προκαλέσουν κινδύνους για την ασφάλεια.Το στερεό φιλμ ηλεκτρολυτών που παράγεται από το βορικό διφθοροξαλικό λίθιο (LiODFB) είναι αρκετά σταθερό και έχει καλύτερη απόδοση σε χαμηλή θερμοκρασία και απόδοση υψηλότερου ρυθμού.Αυτό συμβαίνει επειδή το LiODFB έχει τα πλεονεκτήματα τόσο του βορικού διοξαλικού λιθίου (LiBOB) όσο και του LiBF4.
3. Περίληψη
Η απόδοση των μπαταριών ιόντων λιθίου σε χαμηλή θερμοκρασία θα επηρεαστεί από πολλές πτυχές, όπως τα υλικά ηλεκτροδίων και οι ηλεκτρολύτες.Η συνολική βελτίωση από πολλαπλές προοπτικές, όπως υλικά ηλεκτροδίων και ηλεκτρολύτης, μπορεί να προωθήσει την εφαρμογή και την ανάπτυξη μπαταριών ιόντων λιθίου και η προοπτική εφαρμογής των μπαταριών λιθίου είναι καλή, αλλά η τεχνολογία πρέπει να αναπτυχθεί και να τελειοποιηθεί σε περαιτέρω έρευνα.
Ώρα δημοσίευσης: 27 Ιουλίου 2023