În mediul cu temperaturi scăzute, performanța bateriei cu litiu-ion nu este ideală. Când bateriile litiu-ion utilizate în mod obișnuit funcționează la -10 ° C, capacitatea lor maximă de încărcare și descărcare și tensiunea la borne vor fi reduse semnificativ în comparație cu temperatura normală [6], când temperatura de descărcare scade la -20 ° C, capacitatea disponibilă va fi redusă. chiar să fie redus la 1/3 la temperatura camerei 25 ° C, atunci când temperatura de descărcare este mai scăzută, unele baterii cu litiu nu pot nici măcar să încarce și să descarce activități, intrând într-o stare de „baterie moartă”.
1, Caracteristicile bateriilor litiu-ion la temperaturi scăzute
(1) Macroscopic
Modificările caracteristice ale bateriei litiu-ion la temperatură scăzută sunt următoarele: odată cu scăderea continuă a temperaturii, rezistența ohmică și rezistența de polarizare cresc în diferite grade; Tensiunea de descărcare a bateriei litiu-ion este mai mică decât cea a temperaturii normale. Când se încarcă și se descarcă la temperatură scăzută, tensiunea de funcționare crește sau scade mai repede decât cea la temperatura normală, rezultând o scădere semnificativă a capacității și puterii maxime utilizabile.
(2) Microscopic
Modificările de performanță ale bateriilor litiu-ion la temperaturi scăzute se datorează în principal influenței următorilor factori importanți. Când temperatura ambientală este mai mică de -20 ℃, electrolitul lichid se solidifică, vâscozitatea acestuia crește brusc și conductivitatea ionică scade. Difuzia ionilor de litiu în materialele electrodului pozitiv și negativ este lentă; Ionul de litiu este greu de desolvat, iar transmisia sa în film SEI este lentă, iar impedanța transferului de sarcină crește. Problema dendritei de litiu este deosebit de proeminentă la temperaturi scăzute.
2, Pentru a rezolva performanța la temperaturi scăzute a bateriilor litiu-ion
Proiectați un nou sistem de lichid electrolitic pentru a satisface mediul cu temperatură scăzută; Îmbunătățiți structura electrodului pozitiv și negativ pentru a accelera viteza de transmisie și pentru a scurta distanța de transmisie; Controlați interfața electrolitului solid pozitiv și negativ pentru a reduce impedanța.
(1) aditivi electroliți
În general, utilizarea aditivilor funcționali este una dintre cele mai eficiente și mai economice modalități de a îmbunătăți performanța la temperatură scăzută a bateriei și de a ajuta la formarea peliculei SEI ideale. În prezent, principalele tipuri de aditivi sunt aditivii pe bază de izocianați, aditivii pe bază de sulf, aditivii lichizi ionici și aditivii de sare anorganică de litiu.
De exemplu, aditivii pe bază de sulf de dimetil sulfit (DMS), cu activitate reducătoare adecvată, și deoarece produsele săi de reducere și legarea ionilor de litiu sunt mai slabe decât sulfatul de vinil (DTD), atenuarea utilizării aditivilor organici va crește impedanța interfeței, pentru a construi un conductivitate ionică mai stabilă și mai bună a filmului de interfață cu electrod negativ. Esterii sulfiți reprezentați de sulfitul de dimetil (DMS) au o constantă dielectrică ridicată și un domeniu larg de temperatură de funcționare.
(2) Solventul electrolitului
Electrolitul tradițional al bateriei litiu-ion este de a dizolva 1 mol de hexafluorofosfat de litiu (LiPF6) într-un solvent mixt, cum ar fi EC, PC, VC, DMC, carbonat de metil etil (EMC) sau carbonat de dietil (DEC), în care compoziția de solventul, punctul de topire, constanta dielectrică, vâscozitatea și compatibilitatea cu sarea de litiu vor afecta grav temperatura de funcționare a bateriei. În prezent, electrolitul comercial este ușor de solidificat atunci când este aplicat în mediul cu temperatură scăzută de -20 ℃ și mai jos, constanta dielectrică scăzută face ca sarea de litiu să fie dificil de disociat, iar vâscozitatea este prea mare pentru a face ca rezistența internă a bateriei să fie scăzută. platforma de tensiune. Bateriile cu litiu-ion pot avea performanțe mai bune la temperatură joasă prin optimizarea raportului de solvenți existent, cum ar fi prin optimizarea formulării electrolitului (EC:PC:EMC=1:2:7), astfel încât electrodul negativ TiO2(B)/grafen să aibă A capacitate de ~240 mA h g-1 la -20℃ și densitate de curent 0,1 A g-1. Sau dezvoltați noi solvenți electroliți la temperatură joasă. Performanța slabă a bateriilor litiu-ion la temperaturi scăzute este legată în principal de dezolvarea lentă a Li+ în timpul procesului de încorporare a Li+ în materialul electrodului. Pot fi selectate substanțe cu energie de legare scăzută între Li+ și moleculele de solvent, cum ar fi 1,3-dioxopentilena (DIOX), iar titanatul de litiu la scară nanometrică este utilizat ca material pentru electrod pentru a asambla testul bateriei pentru a compensa coeficientul de difuzie redus al materialul electrodului la temperaturi ultra-scăzute, astfel încât să se obțină o performanță mai bună la temperatură joasă.
(3) sare de litiu
În prezent, ionul comercial LiPF6 are conductivitate ridicată, cerințe ridicate de umiditate în mediu, stabilitate termică slabă și gaze dăunătoare, cum ar fi HF în reacția apei, sunt ușor de cauzat pericole de siguranță. Filmul de electrolit solid produs de boratul de difluoroxalat de litiu (LiODFB) este suficient de stabil și are o performanță mai bună la temperaturi scăzute și o performanță mai mare. Acest lucru se datorează faptului că LiODFB are avantajele atât ale boratului de dioxalat de litiu (LiBOB) cât și ale LiBF4.
3. Rezumat
Performanța la temperatură scăzută a bateriilor litiu-ion va fi afectată de multe aspecte, cum ar fi materialele electrozilor și electroliții. Îmbunătățirea cuprinzătoare din mai multe perspective, cum ar fi materialele electrozilor și electrolitul, poate promova aplicarea și dezvoltarea bateriilor litiu-ion, iar perspectiva de aplicare a bateriilor cu litiu este bună, dar tehnologia trebuie dezvoltată și perfecționată în cercetări ulterioare.
Ora postării: 27-iul-2023