V prostředí s nízkou teplotou není výkon lithium-iontové baterie ideální. Když běžně používané lithium-iontové baterie pracují při -10 °C, jejich maximální nabíjecí a vybíjecí kapacita a svorkové napětí se výrazně sníží ve srovnání s normální teplotou [6], když teplota vybíjení klesne na -20 °C, dostupná kapacita se sníží dokonce snížit na 1/3 při pokojové teplotě 25 ° C, když je vybíjecí teplota nižší, některé lithiové baterie nemohou ani nabíjet a vybíjet činnosti, vstupují do stavu "vybité baterie".
1, Vlastnosti lithium-iontových baterií při nízkých teplotách
(1) Makroskopický
Charakteristické změny lithium-iontové baterie při nízké teplotě jsou následující: s kontinuálním poklesem teploty se ohmický odpor a polarizační odpor v různých stupních zvyšují; Vybíjecí napětí lithium-iontové baterie je nižší než při normální teplotě. Při nabíjení a vybíjení při nízké teplotě jeho provozní napětí stoupá nebo klesá rychleji než při normální teplotě, což má za následek výrazné snížení jeho maximální využitelné kapacity a výkonu.
(2) Mikroskopicky
Změny výkonu lithium-iontových baterií při nízkých teplotách jsou způsobeny především vlivem následujících důležitých faktorů. Když je okolní teplota nižší než -20 ℃, kapalný elektrolyt tuhne, jeho viskozita se prudce zvyšuje a jeho iontová vodivost klesá. Difúze lithiových iontů v materiálech kladných a záporných elektrod je pomalá; Lithný iont se obtížně desolvatuje a jeho přenos v SEI filmu je pomalý a zvyšuje se impedance přenosu náboje. Problém dendritu lithia je zvláště výrazný při nízkých teplotách.
2, Chcete-li vyřešit nízkoteplotní výkon lithium-iontových baterií
Navrhněte nový systém elektrolytické kapaliny, aby vyhovoval prostředí s nízkou teplotou; Vylepšete strukturu kladné a záporné elektrody, abyste zrychlili přenosovou rychlost a zkrátili přenosovou vzdálenost; Ovládejte kladné a záporné rozhraní pevného elektrolytu pro snížení impedance.
(1) přísady do elektrolytů
Obecně je použití funkčních přísad jedním z nejúčinnějších a nejekonomičtějších způsobů, jak zlepšit nízkoteplotní výkon baterie a pomoci vytvořit ideální SEI film. V současné době jsou hlavními typy přísad přísady na bázi isokyanátů, přísady na bázi síry, přísady iontových kapalin a přísady na bázi anorganických solí lithia.
Například přísady na bázi dimethylsulfitu (DMS) na bázi síry s vhodnou redukční aktivitou a protože jejich redukční produkty a vazba lithných iontů je slabší než vinylsulfát (DTD), zmírnění použití organických přísad zvýší impedanci rozhraní, aby se vytvořil stabilnější a lepší iontová vodivost filmu rozhraní negativní elektrody. Sulfitové estery reprezentované dimethylsulfitem (DMS) mají vysokou dielektrickou konstantu a široký rozsah provozních teplot.
(2) Rozpouštědlo elektrolytu
Tradičním elektrolytem lithium-iontové baterie je rozpustit 1 mol hexafluorfosfátu lithného (LiPF6) ve směsném rozpouštědle, jako je EC, PC, VC, DMC, methylethylkarbonát (EMC) nebo diethylkarbonát (DEC), kde složení rozpouštědlo, bod tání, dielektrická konstanta, viskozita a kompatibilita s lithiovou solí vážně ovlivní provozní teplotu baterie. V současné době komerční elektrolyt snadno tuhne, když je aplikován na prostředí s nízkou teplotou -20 ℃ a nižší, nízká dielektrická konstanta ztěžuje disociaci lithiové soli a viskozita je příliš vysoká na to, aby vnitřní odpor baterie byl nízký. napěťová platforma. Lithium-iontové baterie mohou mít lepší výkon při nízkých teplotách optimalizací stávajícího poměru rozpouštědel, například optimalizací složení elektrolytu (EC:PC:EMC=1:2:7), aby TiO2(B)/grafenová záporná elektroda měla A kapacita ~240 mA h g-1 při -20℃ a proudová hustota 0,1 A g-1. Nebo vyvinout nová nízkoteplotní elektrolytická rozpouštědla. Špatný výkon lithium-iontových baterií při nízkých teplotách souvisí především s pomalou desolvatací Li+ během procesu ukládání Li+ do materiálu elektrody. Lze vybrat látky s nízkou vazebnou energií mezi Li+ a molekulami rozpouštědla, jako je 1,3-dioxopentylen (DIOX), a jako elektrodový materiál pro sestavení testu baterie se použije nanoměřítko titaničitan lithný, aby se kompenzoval snížený difúzní koeficient materiál elektrody při ultra nízkých teplotách, aby se dosáhlo lepšího výkonu při nízkých teplotách.
(3) lithná sůl
V současné době má komerční iont LiPF6 vysokou vodivost, vysoké požadavky na vlhkost v prostředí, špatnou tepelnou stabilitu a špatné plyny, jako je HF ve vodě, snadno způsobují bezpečnostní rizika. Pevný film elektrolytu produkovaný lithium difluoroxalát boritanem (LiODFB) je dostatečně stabilní a má lepší výkon při nízkých teplotách a vyšší rychlost. Je to proto, že LiODFB má výhody jak lithium dioxalát borátu (LiBOB) tak LiBF4.
3. Shrnutí
Nízkoteplotní výkon lithium-iontových baterií bude ovlivněn mnoha aspekty, jako jsou materiály elektrod a elektrolyty. Komplexní zlepšení z různých hledisek, jako jsou materiály elektrod a elektrolyt, může podpořit aplikaci a vývoj lithium-iontových baterií a vyhlídky na použití lithiových baterií jsou dobré, ale technologii je třeba vyvinout a zdokonalit v dalším výzkumu.
Čas odeslání: 27. července 2023