S rýchlym rozvojom elektrických vozidiel na celom svete dosiahla veľkosť trhu s elektrickými vozidlami v roku 2020 1 bilión dolárov a v budúcnosti bude naďalej rásť o viac ako 20 % ročne. Preto budú elektrické vozidlá ako hlavný spôsob dopravy, výkonnostné požiadavky na napájacie batérie čoraz vyššie a vplyv vybíjania batérie na výkon napájacej batérie v prostredí s nízkou teplotou by sa nemal ignorovať. Hlavné dôvody rozpadu batérie v prostredí s nízkou teplotou sú: Po prvé, nízka teplota ovplyvňuje malý vnútorný odpor batérie, oblasť difúzie tepla je veľká a vnútorný odpor batérie sa zvyšuje. Po druhé, batéria vo vnútri a mimo kapacitu prenosu náboja je slabá, k deformácii batérie dôjde pri miestnej nezvratnej polarizácii. Po tretie, nízka teplota pohybu molekúl elektrolytu je pomalá a ťažko sa šíri v čase, keď teplota stúpa. Preto je rozpad batérie pri nízkej teplote vážny, čo vedie k vážnemu zníženiu výkonu batérie.
1, Stav technológie nízkoteplotnej batérie
Technické a materiálové požiadavky na lítium-iónové batérie pripravené pri nízkych teplotách sú vysoké. Vážna degradácia výkonu lítium-iónovej batérie v prostredí s nízkou teplotou je spôsobená zvýšením vnútorného odporu, čo vedie k ťažkostiam s difúziou elektrolytu a skráteniu životnosti bunkového cyklu. Preto výskum technológie nízkoteplotných batérií v posledných rokoch dosiahol určitý pokrok. Tradičné vysokoteplotné lítium-iónové batérie majú slabý výkon pri vysokej teplote a ich výkon je pri nízkych teplotách stále nestabilný; veľký objem nízkoteplotných článkov, nízka kapacita a slabý výkon nízkoteplotného cyklu; polarizácia je výrazne silnejšia pri nízkej teplote ako pri vysokej teplote; zvýšená viskozita elektrolytu pri nízkej teplote vedie k zníženiu počtu cyklov nabíjania/vybíjania; znížená bezpečnosť článkov a znížená životnosť batérie pri nízkej teplote; a znížený výkon pri používaní pri nízkej teplote. Navyše, krátka životnosť batérie pri nízkej teplote a bezpečnostné riziká nízkoteplotných článkov kladú nové požiadavky na bezpečnosť napájacích batérií. Preto je vývoj stabilných, bezpečných, spoľahlivých a odolných materiálov napájacích batérií pre nízkoteplotné prostredia stredobodom výskumu nízkoteplotných lítium-iónových batérií. V súčasnosti existuje niekoľko materiálov pre nízkoteplotné lítium-iónové batérie: (1) materiály lítiovej kovovej anódy: lítium-kov je široko používaný v elektrických vozidlách kvôli svojej vysokej chemickej stabilite, vysokej elektrickej vodivosti a nízkoteplotnému nabíjaniu a vybíjaniu; (2) materiály uhlíkovej anódy sa široko používajú v elektrických vozidlách z dôvodu ich dobrej tepelnej odolnosti, výkonu pri nízkoteplotnom cykle, nízkej elektrickej vodivosti a životnosti pri nízkych teplotách; (3) uhlíkové anódové materiály sú široko používané v elektrických vozidlách kvôli ich dobrej tepelnej odolnosti, výkonu pri nízkoteplotnom cykle, nízkej elektrickej vodivosti a životnosti pri nízkych teplotách. v; (3) organické elektrolyty majú dobrý výkon pri nízkej teplote; (4) polymérne elektrolyty: polymérne molekulové reťazce sú relatívne krátke a majú vysokú afinitu; (5) anorganické materiály: anorganické polyméry majú dobré výkonové parametre (vodivosť) a dobrú kompatibilitu medzi aktivitou elektrolytu; (6) oxidov kovov je menej; (7) anorganické materiály: anorganické polyméry atď.
2、Vplyv prostredia s nízkou teplotou na lítiovú batériu
Životnosť lítiových batérií závisí najmä od procesu vybíjania, pričom nízka teplota je faktorom, ktorý má väčší vplyv na životnosť lítiových produktov. Zvyčajne v prostredí s nízkou teplotou povrch batérie podstúpi fázovú zmenu, ktorá spôsobí poškodenie povrchovej štruktúry, sprevádzané znížením kapacity a kapacity článkov. V podmienkach vysokej teploty sa v článku vytvára plyn, ktorý urýchľuje tepelnú difúziu; pri nízkej teplote sa plyn nemôže včas vypustiť, čo urýchľuje fázovú zmenu kvapaliny batérie; čím nižšia je teplota, tým viac plynu sa vytvára a tým pomalšia je zmena fázy batérie. Preto je vnútorná zmena materiálu batérie pri nízkej teplote drastickejšia a zložitejšia a vo vnútri materiálu batérie sa ľahšie vytvárajú plyny a pevné látky; súčasne nízka teplota povedie k sérii deštruktívnych reakcií, ako je nevratné prerušenie chemickej väzby na rozhraní medzi materiálom katódy a elektrolytom; povedie to aj k zníženiu samozostavovania elektrolytu a životnosti cyklu; schopnosť prenosu lítium-iónového náboja do elektrolytu sa zníži; proces nabíjania a vybíjania spôsobí sériu reťazových reakcií, ako je jav polarizácie počas prenosu lítium-iónového náboja, pokles kapacity batérie a uvoľnenie vnútorného napätia, čo ovplyvňuje životnosť a hustotu energie lítium-iónových batérií a ďalšie funkcie. Čím nižšia je teplota pri nízkej teplote, tým intenzívnejšie a komplexnejšie sú rôzne deštruktívne reakcie, ako je redoxná reakcia na povrchu batérie, tepelná difúzia, zmena fázy vo vnútri článku a dokonca aj úplná deštrukcia, ktorá následne spustí sériu reťazových reakcií, ako je napríklad elektrolyt. samozostava, čím pomalšia je rýchlosť reakcie, tým vážnejší je pokles kapacity batérie a tým horšia je schopnosť migrácie lítium-iónového náboja pri vysokej teplote.
3、 Nízka teplota pri vývoji vyhliadok na výskum technológie lítiových batérií
V prostredí s nízkou teplotou bude ovplyvnená bezpečnosť, životnosť cyklu a stabilita teploty článkov batérie a vplyv nízkej teploty na životnosť lítiových batérií nemožno ignorovať. V súčasnosti výskum a vývoj technológie nízkoteplotných batérií s použitím membrány, elektrolytu, pozitívnych a negatívnych elektródových materiálov a iných metód dosiahol určitý pokrok. V budúcnosti by sa mal vývoj technológie nízkoteplotných lítiových batérií zlepšiť z nasledujúcich aspektov: (1) vývoj materiálového systému lítiových batérií s vysokou hustotou energie, dlhou životnosťou, nízkym útlmom, malými rozmermi a nízkymi nákladmi pri nízkej teplote ; (2) neustále zlepšovanie kontroly vnútorného odporu batérie prostredníctvom konštrukčného návrhu a technológie prípravy materiálu; (3) pri vývoji vysokokapacitného a lacného lítiového batériového systému by sa mala venovať pozornosť prísadám do elektrolytov, lítium-iónovému a anódovému a katódovému rozhraniu a vnútornému aktívnemu materiálu a ďalším kľúčovým faktorom. (4) zlepšiť výkon cyklu batérie (nabíjanie a vybíjanie špecifickej energie), tepelnú stabilitu batérie v prostredí s nízkou teplotou, bezpečnosť lítiových batérií v prostredí s nízkou teplotou a ďalší smer vývoja technológie batérií; (5) vyvíjať vysoko bezpečnostný výkon, vysoké náklady a nízke náklady na napájanie batériových systémov v podmienkach nízkej teploty; (6) vyvíjať produkty súvisiace s nízkoteplotnými batériami a podporovať ich aplikáciu; (7) vývoj vysokovýkonných materiálov batérií odolných voči nízkym teplotám a technológie zariadení.
Samozrejme, okrem vyššie uvedených smerov výskumu existuje aj mnoho smerov výskumu na ďalšie zlepšenie výkonu batérie pri nízkych teplotách, zlepšenie hustoty energie batérií s nízkou teplotou, zníženie degradácie batérie v prostredí s nízkou teplotou, predĺženie životnosti batérie a ďalší výskum. pokrok; ale dôležitejšou otázkou je, ako dosiahnuť vysoký výkon, vysokú bezpečnosť, nízke náklady, vysoký dosah, dlhú životnosť a nízkonákladovú komercializáciu batérií v podmienkach nízkej teploty. Výskum sa musí zamerať na prelomenie a vyriešenie problému.
Čas odoslania: 22. novembra 2022