V prostredí s nízkou teplotou nie je výkon lítium-iónovej batérie ideálny.Keď bežne používané lítium-iónové batérie pracujú pri teplote -10 °C, ich maximálna nabíjacia a vybíjacia kapacita a svorkové napätie sa výrazne zníži v porovnaní s normálnou teplotou [6], keď teplota vybíjania klesne na -20 °C, dostupná kapacita sa zníži. dokonca znížiť na 1/3 pri izbovej teplote 25 ° C, keď je vybíjacia teplota nižšia, niektoré lítiové batérie sa nedokážu ani nabíjať a vybíjať, čím sa dostanú do stavu „vybitej batérie“.
1, Vlastnosti lítium-iónových batérií pri nízkych teplotách
(1) Makroskopické
Charakteristické zmeny lítium-iónovej batérie pri nízkej teplote sú nasledovné: s nepretržitým poklesom teploty sa ohmický odpor a polarizačný odpor zvyšujú v rôznych stupňoch;Vybíjacie napätie lítium-iónovej batérie je nižšie ako pri normálnej teplote.Pri nabíjaní a vybíjaní pri nízkej teplote jej prevádzkové napätie stúpa alebo klesá rýchlejšie ako pri normálnej teplote, čo má za následok výrazné zníženie maximálnej využiteľnej kapacity a výkonu.
(2) Mikroskopicky
Zmeny výkonu lítium-iónových batérií pri nízkych teplotách sú spôsobené najmä vplyvom nasledujúcich dôležitých faktorov.Keď je okolitá teplota nižšia ako -20 ℃, tekutý elektrolyt stuhne, jeho viskozita sa prudko zvýši a jeho iónová vodivosť sa zníži.Difúzia lítnych iónov v materiáloch kladných a záporných elektród je pomalá;Lítiový ión sa ťažko desolvatuje a jeho prenos vo filme SEI je pomalý a impedancia prenosu náboja sa zvyšuje.Problém lítneho dendritu je obzvlášť výrazný pri nízkej teplote.
2, Na vyriešenie nízkoteplotného výkonu lítium-iónových batérií
Navrhnite nový elektrolytický kvapalný systém, ktorý vyhovuje prostrediu s nízkou teplotou;Zlepšite štruktúru kladnej a zápornej elektródy na zrýchlenie prenosovej rýchlosti a skrátenie prenosovej vzdialenosti;Ovládajte kladné a záporné rozhranie tuhého elektrolytu, aby ste znížili impedanciu.
(1) prísady do elektrolytov
Vo všeobecnosti je použitie funkčných prísad jedným z najefektívnejších a najhospodárnejších spôsobov, ako zlepšiť výkon batérie pri nízkych teplotách a pomôcť vytvoriť ideálny film SEI.V súčasnosti sú hlavnými typmi prísad prísady na báze izokyanátov, prísady na báze síry, prísady iónovej kvapaliny a prísady anorganických solí lítia.
Napríklad aditíva na báze dimetylsulfitu (DMS) na báze síry s vhodnou redukčnou aktivitou, a pretože ich redukčné produkty a väzba lítnych iónov je slabšia ako vinylsulfát (DTD), zmiernenie používania organických prísad zvýši impedanciu rozhrania, čím sa vytvorí stabilnejšia a lepšia iónová vodivosť filmu rozhrania zápornej elektródy.Sulfitové estery reprezentované dimetylsulfitom (DMS) majú vysokú dielektrickú konštantu a široký rozsah prevádzkových teplôt.
(2) Rozpúšťadlo elektrolytu
Tradičný elektrolyt lítium-iónovej batérie má rozpustiť 1 mol hexafluorofosfátu lítneho (LiPF6) v zmiešanom rozpúšťadle, ako je EC, PC, VC, DMC, metyletylkarbonát (EMC) alebo dietylkarbonát (DEC), pričom zloženie rozpúšťadlo, teplota topenia, dielektrická konštanta, viskozita a kompatibilita s lítiovou soľou vážne ovplyvnia prevádzkovú teplotu batérie.V súčasnosti komerčný elektrolyt ľahko stuhne, keď sa aplikuje na prostredie s nízkou teplotou -20 ℃ a menej, nízka dielektrická konštanta sťažuje disociáciu lítiovej soli a viskozita je príliš vysoká na to, aby vnútorný odpor batérie bol nízky. napäťová platforma.Lítium-iónové batérie môžu mať lepší výkon pri nízkych teplotách optimalizáciou existujúceho pomeru rozpúšťadiel, ako napríklad optimalizáciou zloženia elektrolytu (EC:PC:EMC=1:2:7), aby TiO2(B)/grafénová záporná elektróda mala A kapacita ~240 mA h g-1 pri -20 ℃ a prúdová hustota 0,1 A g-1.Alebo vyvinúť nové nízkoteplotné rozpúšťadlá elektrolytov.Slabý výkon lítium-iónových batérií pri nízkych teplotách súvisí najmä s pomalou desolvatáciou Li+ počas procesu zabudovania Li+ do materiálu elektródy.Môžu sa vybrať látky s nízkou väzbovou energiou medzi Li+ a molekulami rozpúšťadla, ako je 1,3-dioxopentylén (DIOX), a ako materiál elektródy na zostavenie testu batérie sa použije nanorozmerný lítiumtitanát, aby sa kompenzoval znížený difúzny koeficient materiál elektród pri ultranízkych teplotách, aby sa dosiahol lepší výkon pri nízkych teplotách.
(3) lítna soľ
V súčasnosti má komerčný ión LiPF6 vysokú vodivosť, vysoké požiadavky na vlhkosť v prostredí, zlú tepelnú stabilitu a zlé plyny, ako je HF vo vode, ľahko spôsobujú bezpečnostné riziká.Pevný elektrolytický film vyrobený lítiumdifluoroxalát boritanom (LiODFB) je dostatočne stabilný a má lepší výkon pri nízkych teplotách a vyššiu rýchlosť.Je to preto, že LiODFB má výhody boritanu lítneho (LiBOB) aj LiBF4.
3. Zhrnutie
Výkon lítium-iónových batérií pri nízkych teplotách bude ovplyvnený mnohými aspektmi, ako sú materiály elektród a elektrolyty.Komplexné zlepšenie z viacerých hľadísk, ako sú elektródové materiály a elektrolyt, môže podporiť aplikáciu a vývoj lítium-iónových batérií a perspektíva aplikácie lítiových batérií je dobrá, ale technológiu je potrebné vyvinúť a zdokonaliť v ďalšom výskume.
Čas odoslania: 27. júla 2023