Odată cu dezvoltarea rapidă a vehiculelor electrice la nivel mondial, dimensiunea pieței vehiculelor electrice a ajuns la 1 trilion de dolari în 2020 și va continua să crească cu o rată de peste 20% pe an în viitor.Prin urmare, vehiculele electrice ca mod major de transport, cerințele de performanță pentru bateriile de putere vor fi din ce în ce mai ridicate, iar impactul decăderii bateriei asupra performanței bateriei de putere în medii cu temperatură scăzută nu trebuie ignorat.Principalele motive pentru deteriorarea bateriei în medii cu temperatură scăzută sunt: în primul rând, temperatura scăzută afectează rezistența internă mică a bateriei, aria de difuzie termică este mare și rezistența internă a bateriei crește.În al doilea rând, bateria în interiorul și în afara capacității de transfer de încărcare este slabă, deformarea bateriei va avea loc atunci când polarizarea locală ireversibilă.În al treilea rând, temperatura scăzută a mișcării moleculare a electrolitului este lentă și dificil de difuzat în timp atunci când temperatura crește.Prin urmare, degradarea bateriei la temperaturi scăzute este gravă, ceea ce duce la o degradare gravă a performanței bateriei.
1, Starea tehnologiei bateriei cu temperatură scăzută
Cerințele de performanță tehnice și materiale ale bateriilor de putere litiu-ion pregătite la temperaturi scăzute sunt ridicate.Degradarea gravă a performanței bateriei cu litiu-ion în mediu cu temperatură scăzută se datorează creșterii rezistenței interne, ceea ce duce la dificultatea difuzării electrolitului și la scurtarea duratei de viață a ciclului celular.Prin urmare, cercetările privind tehnologia bateriilor cu putere de temperatură joasă au făcut unele progrese în ultimii ani.Bateriile tradiționale litiu-ion cu temperatură înaltă au performanțe slabe la temperatură ridicată, iar performanța lor este încă instabilă în condiții de temperatură scăzută;volum mare de celule cu temperatură scăzută, capacitate scăzută și performanță slabă a ciclului la temperatură scăzută;polarizarea este semnificativ mai puternică la temperatură scăzută decât la temperatură ridicată;vâscozitatea crescută a electrolitului la temperatură scăzută duce la o reducere a numărului de cicluri de încărcare/descărcare;siguranța redusă a celulelor și durata de viață redusă a bateriei la temperaturi scăzute;și performanță redusă în utilizare la temperatură scăzută.În plus, ciclul scurt de viață al bateriei la temperatură scăzută și riscurile de siguranță ale celulelor cu temperatură scăzută au prezentat noi cerințe pentru siguranța bateriilor de putere.Prin urmare, dezvoltarea de materiale stabile, sigure, fiabile și de lungă durată pentru baterii de putere pentru medii cu temperatură joasă este în centrul cercetării asupra bateriilor litiu-ion la temperatură joasă.În prezent, există mai multe materiale pentru baterii cu litiu-ion la temperatură joasă: (1) materiale pentru anozi cu litiu metalic: metalul litiu este utilizat pe scară largă în vehiculele electrice datorită stabilității sale chimice ridicate, conductivității electrice ridicate și performanței de încărcare și descărcare la temperatură scăzută;(2) materialele cu anod de carbon sunt utilizate pe scară largă în vehiculele electrice datorită rezistenței lor bune la căldură, performanței ciclului la temperatură scăzută, conductibilității electrice scăzute și duratei de viață a ciclului la temperaturi scăzute;(3) Materialele cu anod de carbon sunt utilizate pe scară largă în vehiculele electrice datorită rezistenței lor bune la căldură, performanței ciclului la temperatură scăzută, conductibilității electrice scăzute și duratei de viață la temperaturi scăzute.în;(3) electroliții organici au performanțe bune la temperatură scăzută;(4) electroliți polimerici: lanțurile moleculare polimerice sunt relativ scurte și au afinitate mare;(5) materiale anorganice: polimerii anorganici au parametri de performanță buni (conductivitate) și compatibilitate bună între activitatea electrolitului;(6) oxizii metalici sunt mai puțini;(7) materiale anorganice: polimeri anorganici etc.
2, Efectul mediului de temperatură scăzută asupra bateriei cu litiu
Ciclul de viață al bateriilor cu litiu depinde în principal de procesul de descărcare, în timp ce temperatura scăzută este un factor care are un impact mai mare asupra duratei de viață a produselor cu litiu.De obicei, în condiții de temperatură scăzută, suprafața bateriei va suferi o schimbare de fază provocând deteriorarea structurii suprafeței, însoțită de reducerea capacității și a capacității celulei.În condiții de temperatură ridicată, în celulă se generează gaz, ceea ce va accelera difuzia termică;la temperaturi scăzute, gazul nu poate fi descărcat la timp, accelerând schimbarea de fază a lichidului bateriei;cu cât temperatura este mai mică, cu atât se generează mai mult gaz și cu atât schimbarea de fază a lichidului bateriei este mai lentă.Prin urmare, schimbarea materialului intern al bateriei este mai drastică și complexă la temperaturi scăzute și este mai ușor să generați gaze și solide în interiorul materialului bateriei;în același timp, temperatura scăzută va duce la o serie de reacții distructive precum ruperea ireversibilă a legăturii chimice la interfața dintre materialul catodic și electrolit;va duce, de asemenea, la reducerea autoasamblarii electrolitului și a ciclului de viață;capacitatea de transfer de sarcină de ioni de litiu către electrolit va fi redusă;procesul de încărcare și descărcare va provoca o serie de reacții în lanț, cum ar fi fenomenul de polarizare în timpul transferului de încărcare cu ioni de litiu, scăderea capacității bateriei și eliberarea stresului intern, care afectează ciclul de viață și densitatea de energie a bateriilor cu ioni de litiu și alte funcții.Cu cât temperatura este mai scăzută la temperatură scăzută, cu atât mai intense și complexe sunt diferitele reacții distructive precum reacția redox pe suprafața bateriei, difuzia termică, schimbarea de fază în interiorul celulei și chiar distrugerea completă vor declanșa, la rândul lor, o serie de reacții în lanț, cum ar fi electrolitul. auto-asamblare, cu cât viteza de reacție este mai mică, cu atât scade capacitatea bateriei mai gravă și cu atât capacitatea de migrare a încărcăturii cu ioni de litiu este mai slabă la temperatură ridicată.
3、 Temperatură scăzută asupra progresului perspectivelor de cercetare a tehnologiei bateriilor cu litiu
În mediul cu temperaturi scăzute, siguranța, durata ciclului și stabilitatea temperaturii celulei a bateriei vor fi afectate, iar impactul temperaturii scăzute asupra duratei de viață a bateriilor cu litiu nu poate fi ignorat.În prezent, cercetarea și dezvoltarea tehnologiei bateriei cu putere de temperatură joasă folosind diafragmă, electroliți, materiale cu electrozi pozitivi și negativi și alte metode au făcut unele progrese.În viitor, dezvoltarea tehnologiei bateriilor cu litiu la temperatură joasă ar trebui îmbunătățită din următoarele aspecte: (1) dezvoltarea unui sistem de materiale pentru baterii cu litiu cu densitate mare de energie, durată lungă de viață, atenuare scăzută, dimensiune mică și cost scăzut la temperatură scăzută ;(2) îmbunătățirea continuă a controlului rezistenței interne a bateriei prin proiectarea structurală și tehnologia de pregătire a materialelor;(3) în dezvoltarea unui sistem de baterii cu litiu de mare capacitate, cu costuri reduse, ar trebui să se acorde atenție aditivilor electroliți, interfeței cu ioni de litiu și anod și catod și material activ intern și alți factori cheie influențează;(4) îmbunătățirea performanței ciclului bateriei (energie specifică de încărcare și descărcare), stabilitatea termică a bateriei în mediu cu temperatură scăzută, siguranța bateriilor cu litiu în mediu cu temperatură scăzută și alte direcții de dezvoltare a tehnologiei bateriei;(5) să dezvolte performanțe înalte de siguranță, costuri ridicate și soluții de sistem de baterii de energie cu costuri reduse în condiții de temperatură scăzută;(6) să dezvolte produse legate de baterii la temperatură joasă și să promoveze aplicarea acestora;(7) să dezvolte materiale de înaltă performanță rezistente la temperaturi scăzute ale bateriei și tehnologie pentru dispozitive.
Desigur, pe lângă direcțiile de cercetare de mai sus, există și multe direcții de cercetare pentru a îmbunătăți și mai mult performanța bateriei în condiții de temperatură scăzută, pentru a îmbunătăți densitatea de energie a bateriilor cu temperatură scăzută, a reduce degradarea bateriei în medii cu temperaturi scăzute, a prelungi durata de viață a bateriei și a altor cercetări. progres;dar problema mai importantă este cum să se obțină performanță ridicată, siguranță ridicată, cost scăzut, gamă mare, durată lungă de viață și preț redus. comercializarea bateriilor în condiții de temperatură scăzută este curentul.
Ora postării: 22-nov-2022