I omgivelser med lav temperatur er lithium-ion-batteriets ydeevne ikke ideel.Når almindeligt anvendte lithium-ion-batterier arbejder ved -10 °C, vil deres maksimale lade- og afladningskapacitet og terminalspænding blive væsentligt reduceret sammenlignet med normal temperatur [6], når afladningstemperaturen falder til -20 °C, vil den tilgængelige kapacitet endda reduceres til 1/3 ved stuetemperatur 25 ° C, når afladningstemperaturen er lavere, kan nogle lithium-batterier ikke engang oplade og aflade aktiviteter og gå ind i en "dødt batteri"-tilstand.
1, egenskaberne for lithium-ion-batterier ved lave temperaturer
(1) Makroskopisk
De karakteristiske ændringer af lithium-ion-batterier ved lav temperatur er som følger: med det kontinuerlige temperaturfald stiger den ohmske modstand og polarisationsmodstanden i forskellige grader;Afladningsspændingen for lithium-ion-batterier er lavere end normal temperatur.Ved opladning og afladning ved lav temperatur stiger eller falder dens driftsspænding hurtigere end ved normal temperatur, hvilket resulterer i et betydeligt fald i dens maksimale brugbare kapacitet og effekt.
(2) Mikroskopisk
Ydelsesændringerne for lithium-ion-batterier ved lave temperaturer skyldes hovedsageligt påvirkningen af følgende vigtige faktorer.Når den omgivende temperatur er lavere end -20 ℃, størkner den flydende elektrolyt, dens viskositet stiger kraftigt, og dens ioniske ledningsevne falder.Lithiumiondiffusion i positive og negative elektrodematerialer er langsom;Lithium-ion er vanskelig at desolvere, og dets transmission i SEI-film er langsom, og ladningsoverførselsimpedansen stiger.Lithiumdendritproblemet er især fremtrædende ved lav temperatur.
2, For at løse lavtemperaturydelsen af lithium-ion-batterier
Design et nyt elektrolytisk væskesystem for at imødekomme lavtemperaturmiljøet;Forbedre den positive og negative elektrodestruktur for at accelerere transmissionshastigheden og forkorte transmissionsafstanden;Styr positiv og negativ fast elektrolytgrænseflade for at reducere impedansen.
(1) elektrolytadditiver
Generelt er brugen af funktionelle tilsætningsstoffer en af de mest effektive og økonomiske måder at forbedre batteriets ydeevne ved lav temperatur og hjælpe med at danne den ideelle SEI-film.På nuværende tidspunkt er hovedtyperne af additiver isocyanatbaserede additiver, svovlbaserede additiver, ioniske flydende additiver og uorganiske lithiumsaltadditiver.
For eksempel dimethylsulfit (DMS) svovlbaserede additiver, med passende reducerende aktivitet, og fordi dets reduktionsprodukter og lithiumionbinding er svagere end vinylsulfat (DTD), vil afhjælpning af brugen af organiske additiver øge grænsefladeimpedansen for at opbygge en mere stabil og bedre ionisk ledningsevne af den negative elektrodegrænsefladefilm.Sulfitesterne repræsenteret af dimethylsulfit (DMS) har høj dielektrisk konstant og bredt driftstemperaturområde.
(2) Elektrolyttens opløsningsmiddel
Den traditionelle lithium-ion batterielektrolyt skal opløse 1 mol lithiumhexafluorphosphat (LiPF6) i et blandet opløsningsmiddel, såsom EC, PC, VC, DMC, methylethylcarbonat (EMC) eller diethylcarbonat (DEC), hvor sammensætningen af opløsningsmidlet, smeltepunktet, dielektricitetskonstanten, viskositeten og kompatibiliteten med lithiumsalt vil alvorligt påvirke batteriets driftstemperatur.På nuværende tidspunkt er den kommercielle elektrolyt let at størkne, når den påføres i lavtemperaturmiljøet på -20 ℃ og derunder, den lave dielektriske konstant gør lithiumsaltet vanskeligt at dissociere, og viskositeten er for høj til at gøre batteriets indre modstand og lav spændingsplatform.Lithium-ion-batterier kan have bedre ydeevne ved lav temperatur ved at optimere det eksisterende opløsningsmiddelforhold, såsom ved at optimere elektrolytformuleringen (EC:PC:EMC=1:2:7), så TiO2(B)/grafen negativ elektrode har A kapacitet på ~240 mA h g-1 ved -20 ℃ og 0,1 A g-1 strømtæthed.Eller udvikle nye lavtemperaturelektrolytopløsningsmidler.Den dårlige ydeevne af lithium-ion-batterier ved lave temperaturer er hovedsageligt relateret til den langsomme opløsning af Li+ under processen med Li+-indlejring i elektrodematerialet.Stoffer med lav bindingsenergi mellem Li+ og opløsningsmiddelmolekyler, såsom 1,3-dioxopentylen (DIOX), kan vælges, og lithiumtitanat i nanoskala bruges som elektrodemateriale til at samle batteritesten for at kompensere for den reducerede diffusionskoefficient af elektrodemateriale ved ultralave temperaturer, for at opnå bedre ydeevne ved lav temperatur.
(3) lithiumsalt
På nuværende tidspunkt har den kommercielle LiPF6-ion høj ledningsevne, høje fugtkrav i miljøet, dårlig termisk stabilitet og dårlige gasser såsom HF i vandreaktion er lette at forårsage sikkerhedsrisici.Den faste elektrolytfilm produceret af lithiumdifluoroxalatborat (LiODFB) er stabil nok og har bedre ydeevne ved lav temperatur og ydeevne med højere hastighed.Dette skyldes, at LiODFB har fordelene ved både lithiumdioxalatborat (LiBOB) og LiBF4.
3. Sammenfatning
Lavtemperaturydelsen af lithium-ion-batterier vil blive påvirket af mange aspekter såsom elektrodematerialer og elektrolytter.Omfattende forbedring fra flere perspektiver såsom elektrodematerialer og elektrolyt kan fremme anvendelsen og udviklingen af lithium-ion-batterier, og anvendelsesmulighederne for lithium-batterier er gode, men teknologien skal udvikles og perfektioneres i yderligere forskning.
Indlægstid: 27-jul-2023