Med den hurtige udvikling af elektriske køretøjer på verdensplan, har markedsstørrelsen for elektriske køretøjer nået $1 billion i 2020 og vil fortsætte med at vokse med en hastighed på mere end 20% om året i fremtiden. Derfor vil elektriske køretøjer som en vigtig transportform, ydeevnekravene til strømbatterier blive stadig højere, og virkningen af batterinedfald på strømbatteriets ydeevne i lavtemperaturmiljøer bør ikke ignoreres. Hovedårsagerne til batterinedfald i miljøer med lav temperatur er: For det første påvirker den lave temperatur batteriets lille indre modstand, det termiske diffusionsareal er stort, og batteriets indre modstand øges. For det andet er batteriet i og uden for ladningsoverførselskapaciteten dårlig, batteriet deformation vil opstå, når den lokale irreversible polarisering. For det tredje er den lave temperatur af elektrolyttens molekylære bevægelse langsom og vanskelig at diffusere i tide, når temperaturen stiger. Derfor er batterinedbrydning ved lav temperatur alvorlig, hvilket resulterer i alvorlig forringelse af batteriets ydeevne.
1、 Status for lavtemperatur batteriteknologi
De tekniske og materielle ydeevnekrav for lithium-ion batterier, der er fremstillet ved lave temperaturer, er høje. Den alvorlige ydeevneforringelse af lithium-ion-batterier i lavtemperaturmiljøer skyldes stigningen i intern modstand, hvilket fører til vanskeligheden med elektrolytdiffusion og forkortet cellecykluslevetid. Derfor har forskningen i lavtemperaturbatteriteknologi gjort nogle fremskridt i de seneste år. Traditionelle højtemperatur lithium-ion batterier har dårlig høj temperatur ydeevne, og deres ydeevne er stadig ustabil under lave temperaturforhold; stor mængde lavtemperaturceller, lav kapacitet og dårlig lavtemperaturcyklusydelse; polarisering er betydeligt stærkere ved lav temperatur end ved høj temperatur; øget viskositet af elektrolyt ved lav temperatur fører til en reduktion i antallet af ladnings-/afladningscyklusser; reduceret sikkerhed af celler og reduceret batterilevetid ved lav temperatur; og reduceret ydeevne ved brug ved lav temperatur. Derudover har batteriets korte cykluslevetid ved lav temperatur og sikkerhedsrisici ved lavtemperaturceller stillet nye krav til sikkerheden ved strømbatterier. Derfor er udviklingen af stabile, sikre, pålidelige og langtidsholdbare strømbatterimaterialer til lavtemperaturmiljøer fokus for forskningen på lavtemperaturlithium-ion-batterier. På nuværende tidspunkt er der flere lavtemperatur lithium-ion batteri materialer: (1) lithium metal anode materialer: lithium metal er meget udbredt i elektriske køretøjer på grund af dets høje kemiske stabilitet, høje elektriske ledningsevne og lav temperatur opladning og afladning ydeevne; (2) kulstofanodematerialer er meget udbredt i elektriske køretøjer på grund af deres gode varmemodstand, lavtemperaturcyklusydelse, lav elektrisk ledningsevne og lavtemperaturcykluslevetid ved lave temperaturer; (3) kulstofanodematerialer er meget udbredt i elektriske køretøjer på grund af deres gode varmemodstand, lavtemperaturcyklusydelse, lav elektrisk ledningsevne og lavtemperaturcykluslevetid. i; (3) organiske elektrolytter har god ydeevne ved lav temperatur; (4) polymerelektrolytter: polymermolekylære kæder er relativt korte og har høj affinitet; (5) uorganiske materialer: uorganiske polymerer har gode ydeevneparametre (ledningsevne) og god kompatibilitet mellem elektrolytaktivitet; (6) metaloxider er færre; (7) uorganiske materialer: uorganiske polymerer osv.
2、 Effekten af lavtemperaturmiljø på lithiumbatteri
Cykluslevetiden for lithiumbatterier afhænger hovedsageligt af afladningsprocessen, mens lav temperatur er en faktor, der har større indflydelse på lithiumprodukternes levetid. Normalt vil batteriets overflade under lave temperaturer undergå faseændring, hvilket forårsager skade på overfladestrukturen, ledsaget af reduktion af kapacitet og cellekapacitet. Under høje temperaturforhold genereres gas i cellen, hvilket vil fremskynde termisk diffusion; under lav temperatur kan gas ikke udledes i tide, hvilket accelererer faseændringen af batterivæske; jo lavere temperatur, desto mere gas genereres der, og jo langsommere er faseskiftet af batterivæske. Derfor er den interne materialeændring af batteriet mere drastisk og kompleks under lav temperatur, og det er lettere at generere gasser og faste stoffer inde i batterimaterialet; samtidig vil den lave temperatur føre til en række destruktive reaktioner såsom irreversibel brud på kemiske bindinger ved grænsefladen mellem katodematerialet og elektrolytten; det vil også føre til reduktion af elektrolyttens selvsamling og cykluslevetid; evnen til at overføre lithiumionladninger til elektrolytten vil blive reduceret; opladnings- og afladningsprocessen vil forårsage en række kædereaktioner, såsom polariseringsfænomen under lithium-ion-ladningsoverførsel, batterikapacitetsforfald og intern stressfrigivelse, hvilket påvirker cykluslevetiden og energitætheden af lithium-ion-batterier og andre funktioner. Jo lavere temperatur ved lav temperatur, jo mere intense og komplekse de forskellige destruktive reaktioner såsom redoxreaktion på batterioverfladen, termisk diffusion, faseændring inde i cellen og endda fuldstændig ødelæggelse vil igen udløse en række kædereaktioner såsom elektrolyt selvsamling, jo langsommere reaktionshastighed, jo mere alvorligt er batterikapacitetsnedgangen, og jo dårligere er lithiumionladningsmigreringsevnen ved høj temperatur.
3、 Lav temperatur på udviklingen af lithium batteri teknologi forskningsmuligheder
I lavtemperaturmiljøet vil batteriets sikkerhed, cykluslevetid og celletemperaturstabilitet blive påvirket, og virkningen af lav temperatur på lithiumbatteriers levetid kan ikke ignoreres. På nuværende tidspunkt har lavtemperaturbatteriteknologiens forskning og udvikling ved hjælp af membran, elektrolyt, positive og negative elektrodematerialer og andre metoder gjort nogle fremskridt. I fremtiden bør udviklingen af lavtemperatur-lithium-batteriteknologi forbedres ud fra følgende aspekter: (1) udvikling af lithium-batterimaterialesystem med høj energitæthed, lang levetid, lav dæmpning, lille størrelse og lave omkostninger ved lav temperatur ; (2) kontinuerlig forbedring af batteriets interne modstandskontrol gennem strukturelt design og materialeforberedelsesteknologi; (3) i udviklingen af høj kapacitet, lavpris lithium batteri system, bør der lægges vægt på elektrolyt tilsætningsstoffer, lithium ion og anode og katode interface og internt aktivt materiale og andre nøglefaktorer indflydelse; (4) forbedre battericyklussens ydeevne (opladning og afladning af specifik energi), batteriets termiske stabilitet i lavtemperaturmiljøer, sikkerheden af lithiumbatterier i lavtemperaturmiljø og anden batteriteknologiudviklingsretning; (5) udvikle høj sikkerhedsydelse, høje omkostninger og billige strømbatterisystemløsninger under lave temperaturforhold; (6) udvikle lavtemperatur batteri-relaterede produkter og fremme deres anvendelse; (7) udvikle højtydende lavtemperaturbestandige batterimaterialer og enhedsteknologi.
Ud over de ovennævnte forskningsretninger er der selvfølgelig også mange forskningsretninger for yderligere at forbedre batteriets ydeevne under lave temperaturforhold, forbedre energitætheden af lavtemperaturbatterier, reducere batterinedbrydning i lavtemperaturmiljøer, forlænge batterilevetiden og anden forskning fremskridt; men det vigtigere spørgsmål er, hvordan man opnår høj ydeevne, høj sikkerhed, lav pris, høj rækkevidde, lang levetid og lave omkostninger kommercialisering af batterier under lave temperaturforhold er det aktuelle. Forskningen skal fokusere på at bryde igennem og løse problemet.
Indlægstid: 22. november 2022