S rychlým rozvojem elektrických vozidel po celém světě dosáhla velikost trhu s elektrickými vozidly v roce 2020 1 bilionu dolarů a v budoucnu bude nadále růst tempem více než 20 % ročně. Proto budou elektrická vozidla jako hlavní způsob dopravy, požadavky na výkon napájecích baterií stále vyšší a vliv vybíjení baterií na výkon napájecích baterií v prostředí s nízkou teplotou by neměl být ignorován. Hlavní důvody rozpadu baterie v prostředí s nízkou teplotou jsou: Za prvé, nízká teplota ovlivňuje malý vnitřní odpor baterie, oblast tepelné difúze je velká a vnitřní odpor baterie se zvyšuje. Za druhé, baterie uvnitř a vně kapacity přenosu náboje je špatná, k deformaci baterie dojde při místní nevratné polarizaci. Za třetí, nízká teplota molekulárního pohybu elektrolytu je pomalá a obtížně se rozptyluje v čase, když teplota stoupá. Proto je rozpad baterie při nízkých teplotách vážný a má za následek vážné snížení výkonu baterie.
1、Stav nízkoteplotní baterie
Technické a materiálové požadavky na lithium-iontové baterie připravené při nízkých teplotách jsou vysoké. Vážná degradace výkonu lithium-iontové baterie v prostředí s nízkou teplotou je způsobena zvýšením vnitřního odporu, což vede k obtížnosti difúze elektrolytu a zkrácení životnosti buněčného cyklu. Proto výzkum technologie nízkoteplotních baterií v posledních letech pokročil. Tradiční vysokoteplotní lithium-iontové baterie mají špatný výkon při vysokých teplotách a jejich výkon je při nízkých teplotách stále nestabilní; velký objem nízkoteplotních článků, nízká kapacita a špatný výkon nízkoteplotního cyklu; polarizace je výrazně silnější při nízké teplotě než při vysoké teplotě; zvýšená viskozita elektrolytu při nízké teplotě vede ke snížení počtu nabíjecích/vybíjecích cyklů; snížená bezpečnost článků a snížená životnost baterie při nízké teplotě; a snížený výkon při použití při nízkých teplotách. Navíc krátká životnost baterie při nízké teplotě a bezpečnostní rizika nízkoteplotních článků kladou nové požadavky na bezpečnost napájecích baterií. Proto je vývoj stabilních, bezpečných, spolehlivých a trvanlivých materiálů napájecích baterií pro nízkoteplotní prostředí středem zájmu výzkumu nízkoteplotních lithium-iontových baterií. V současné době existuje několik materiálů pro nízkoteplotní lithium-iontové baterie: (1) materiály lithiových kovových anod: lithiové kovové materiály jsou široce používány v elektrických vozidlech kvůli své vysoké chemické stabilitě, vysoké elektrické vodivosti a nízkoteplotnímu nabíjení a vybíjení; (2) materiály uhlíkových anod jsou široce používány v elektrických vozidlech kvůli jejich dobré tepelné odolnosti, výkonu při nízkých teplotách, nízké elektrické vodivosti a životnosti při nízkých teplotách; (3) Materiály uhlíkových anod jsou široce používány v elektrických vozidlech kvůli jejich dobré tepelné odolnosti, výkonu při nízkých teplotách, nízké elektrické vodivosti a životnosti při nízkých teplotách. v; (3) organické elektrolyty mají dobrý výkon při nízké teplotě; (4) polymerní elektrolyty: polymerní molekulární řetězce jsou relativně krátké a mají vysokou afinitu; (5) anorganické materiály: anorganické polymery mají dobré výkonové parametry (vodivost) a dobrou kompatibilitu mezi aktivitou elektrolytu; (6) oxidů kovů je méně; (7) anorganické materiály: anorganické polymery atd.
2、Vliv prostředí s nízkou teplotou na lithiovou baterii
Cyklická životnost lithiových baterií závisí především na procesu vybíjení, přičemž nízká teplota je faktor, který má větší vliv na životnost lithiových produktů. Obvykle v prostředí s nízkou teplotou podstoupí povrch baterie fázovou změnu způsobující poškození povrchové struktury, doprovázené snížením kapacity a kapacity článků. Za podmínek vysoké teploty se v článku vytváří plyn, který urychlí tepelnou difúzi; při nízké teplotě nemůže být plyn včas vypuštěn, což urychluje změnu fáze baterie; čím nižší je teplota, tím více plynu vzniká a tím pomalejší je změna fáze baterie. Proto je vnitřní změna materiálu baterie při nízké teplotě drastičtější a složitější a je snazší vytvářet plyny a pevné látky uvnitř materiálu baterie; současně nízká teplota povede k řadě destruktivních reakcí, jako je nevratné porušení chemické vazby na rozhraní mezi materiálem katody a elektrolytem; povede to také ke snížení samoskladnosti elektrolytu a životnosti cyklu; schopnost přenosu náboje lithných iontů do elektrolytu bude snížena; proces nabíjení a vybíjení způsobí řadu řetězových reakcí, jako je jev polarizace během přenosu nabití lithium-iontů, pokles kapacity baterie a uvolnění vnitřního napětí, což ovlivňuje životnost a hustotu energie lithium-iontových baterií a další funkce. Čím nižší je teplota při nízké teplotě, tím intenzivnější a složitější jsou různé destruktivní reakce, jako je redoxní reakce na povrchu baterie, tepelná difúze, fázové změny uvnitř článku a dokonce úplná destrukce zase spustí řadu řetězových reakcí, jako je elektrolyt vlastní montáž, čím nižší je rychlost reakce, tím vážnější je pokles kapacity baterie a tím horší je schopnost migrace lithium-iontového náboje při vysoké teplotě.
3、 Nízká teplota na vývoj vyhlídek na výzkum technologie lithiových baterií
V prostředí s nízkou teplotou bude ovlivněna bezpečnost, životnost cyklu a teplotní stabilita baterie a vliv nízké teploty na životnost lithiových baterií nelze ignorovat. V současné době výzkum a vývoj technologie nízkoteplotních baterií využívající membránu, elektrolyt, kladné a záporné elektrodové materiály a další metody dosáhly určitého pokroku. V budoucnu by se měl vývoj technologie nízkoteplotních lithiových baterií zlepšit z následujících hledisek: (1) vývoj materiálového systému lithiových baterií s vysokou hustotou energie, dlouhou životností, nízkým útlumem, malými rozměry a nízkou cenou při nízké teplotě ; (2) neustálé zlepšování řízení vnitřního odporu baterie prostřednictvím konstrukčního návrhu a technologie přípravy materiálu; (3) při vývoji vysokokapacitního, nízkonákladového lithiového bateriového systému by měla být věnována pozornost přísadám elektrolytů, lithiovému iontu a anodovému a katodovému rozhraní a vnitřnímu aktivnímu materiálu a dalším klíčovým faktorům, které ovlivňují; (4) zlepšit výkon cyklu baterie (nabíjení a vybíjení specifické energie), tepelnou stabilitu baterie v prostředí s nízkou teplotou, bezpečnost lithiových baterií v prostředí s nízkou teplotou a další směr vývoje technologie baterií; (5) vyvíjet vysoce bezpečnostní, vysoce nákladná a levná řešení bateriových systémů v podmínkách nízkých teplot; (6) vyvíjet nízkoteplotní baterie a podporovat jejich použití; ( 7) vyvíjet vysoce výkonné nízkoteplotní materiály baterií a technologii zařízení.
Samozřejmě, kromě výše uvedených směrů výzkumu existuje také mnoho směrů výzkumu, jak dále zlepšit výkon baterie za podmínek nízké teploty, zlepšit hustotu energie baterií s nízkou teplotou, snížit degradaci baterie v prostředí s nízkou teplotou, prodloužit životnost baterie a další výzkum pokrok; ale důležitější otázkou je, jak dosáhnout vysokého výkonu, vysoké bezpečnosti, nízkých nákladů, vysokého dosahu, dlouhé životnosti a nízkonákladové komercializace baterií za podmínek nízkých teplot.
Čas odeslání: 22. listopadu 2022