W środowisku o niskiej temperaturze wydajność akumulatora litowo-jonowego nie jest idealna.Gdy powszechnie stosowane akumulatory litowo-jonowe pracują w temperaturze -10°C, ich maksymalna pojemność ładowania i rozładowywania oraz napięcie na zaciskach zostaną znacząco zmniejszone w porównaniu z normalną temperaturą [6], gdy temperatura rozładowania spadnie do -20°C, dostępna pojemność będzie nawet zostać zmniejszona do 1/3 w temperaturze pokojowej 25 ° C, gdy temperatura rozładowania jest niższa, niektóre baterie litowe nie mogą nawet ładować i rozładowywać, przechodząc w stan „rozładowanej baterii”.
1, Charakterystyka akumulatorów litowo-jonowych w niskich temperaturach
(1) Makroskopowe
Charakterystyczne zmiany akumulatora litowo-jonowego w niskiej temperaturze są następujące: wraz ze stałym spadkiem temperatury rezystancja omowa i rezystancja polaryzacyjna rosną w różnym stopniu;Napięcie rozładowania akumulatora litowo-jonowego jest niższe niż w normalnej temperaturze.Podczas ładowania i rozładowywania w niskiej temperaturze jego napięcie robocze rośnie lub spada szybciej niż w normalnej temperaturze, co powoduje znaczny spadek jego maksymalnej użytecznej pojemności i mocy.
(2) Mikroskopowo
Zmiany wydajności akumulatorów litowo-jonowych w niskich temperaturach wynikają głównie z wpływu następujących ważnych czynników.Gdy temperatura otoczenia jest niższa niż -20℃, ciekły elektrolit krzepnie, jego lepkość gwałtownie wzrasta, a przewodność jonowa maleje.Dyfuzja jonów litu w materiałach elektrod dodatnich i ujemnych jest powolna;Jon litu jest trudny do desolwatacji, jego transmisja w warstwie SEI jest powolna, a impedancja przenoszenia ładunku wzrasta.Problem dendrytu litu jest szczególnie widoczny w niskiej temperaturze.
2, Aby rozwiązać problem wydajności akumulatorów litowo-jonowych w niskich temperaturach
Zaprojektuj nowy układ cieczy elektrolitycznej, aby sprostać wymaganiom środowiska o niskiej temperaturze;Popraw strukturę elektrody dodatniej i ujemnej, aby przyspieszyć prędkość transmisji i skrócić odległość transmisji;Kontroluj dodatni i ujemny interfejs stałego elektrolitu, aby zmniejszyć impedancję.
(1) dodatki do elektrolitów
Ogólnie rzecz biorąc, stosowanie dodatków funkcjonalnych jest jednym z najbardziej skutecznych i ekonomicznych sposobów poprawy wydajności akumulatora w niskich temperaturach i pomaga w utworzeniu idealnej powłoki SEI.Obecnie głównymi rodzajami dodatków są dodatki na bazie izocyjanianów, dodatki na bazie siarki, dodatki w postaci cieczy jonowych i nieorganiczne dodatki w postaci soli litu.
Na przykład dodatki na bazie siarczynu dimetylu (DMS) na bazie siarki, o odpowiedniej aktywności redukującej, a ponieważ produkty redukcji i wiązanie jonów litu są słabsze niż siarczan winylu (DTD), złagodzenie stosowania dodatków organicznych zwiększy impedancję interfejsu, aby zbudować bardziej stabilna i lepsza przewodność jonowa folii interfejsu elektrody ujemnej.Estry siarczynowe reprezentowane przez siarczyn dimetylu (DMS) mają wysoką stałą dielektryczną i szeroki zakres temperatur pracy.
(2) Rozpuszczalnik elektrolitu
Tradycyjny elektrolit do akumulatorów litowo-jonowych polega na rozpuszczeniu 1 mola heksafluorofosforanu litu (LiPF6) w mieszanym rozpuszczalniku, takim jak EC, PC, VC, DMC, węglan metyloetylu (EMC) lub węglan dietylu (DEC), gdzie skład rozpuszczalnik, temperatura topnienia, stała dielektryczna, lepkość i kompatybilność z solą litu poważnie wpływają na temperaturę roboczą akumulatora.Obecnie dostępny na rynku elektrolit łatwo twardnieje po zastosowaniu w środowisku o niskiej temperaturze -20 ℃ i niższej, niska stała dielektryczna utrudnia dysocjację soli litu, a lepkość jest zbyt wysoka, aby zapewnić wewnętrzny opór akumulatora i niską platforma napięciowa.Baterie litowo-jonowe mogą wykazywać lepszą wydajność w niskich temperaturach poprzez optymalizację istniejącego stosunku rozpuszczalników, na przykład poprzez optymalizację składu elektrolitu (EC:PC:EMC=1:2:7), tak aby elektroda ujemna TiO2(B)/grafen miała A pojemność ~240 mA h g-1 przy -20℃ i gęstość prądu 0,1 A g-1.Lub opracuj nowe niskotemperaturowe rozpuszczalniki elektrolitowe.Słaba wydajność akumulatorów litowo-jonowych w niskich temperaturach jest głównie związana z powolną desolwentacją Li+ podczas procesu osadzania Li+ w materiale elektrody.Można wybrać substancje o niskiej energii wiązania pomiędzy Li+ i cząsteczkami rozpuszczalnika, takie jak 1,3-dioksopentylen (DIOX), a tytanian litu w skali nano jest używany jako materiał elektrody do montażu testu baterii w celu skompensowania zmniejszonego współczynnika dyfuzji materiał elektrody w bardzo niskich temperaturach, aby uzyskać lepszą wydajność w niskich temperaturach.
(3) sól litowa
Obecnie komercyjny jon LiPF6 ma wysoką przewodność, wysokie wymagania dotyczące wilgoci w środowisku, słabą stabilność termiczną, a złe gazy, takie jak HF w reakcji z wodą, łatwo mogą powodować zagrożenie dla bezpieczeństwa.Stała warstwa elektrolitu wytwarzana przez boran difluoroszczawianu litu (LiODFB) jest wystarczająco stabilna i ma lepszą wydajność w niskich temperaturach i wyższą wydajność.Dzieje się tak, ponieważ LiODFB ma zalety zarówno boranu diszczawianu litu (LiBOB), jak i LiBF4.
3. Podsumowanie
Na działanie akumulatorów litowo-jonowych w niskich temperaturach wpływa wiele czynników, takich jak materiał elektrod i elektrolity.Kompleksowe ulepszenia z wielu perspektyw, takich jak materiały elektrod i elektrolit, mogą sprzyjać stosowaniu i rozwojowi akumulatorów litowo-jonowych, a perspektywy zastosowania akumulatorów litowych są dobre, ale technologię należy rozwijać i udoskonalać w dalszych badaniach.
Czas publikacji: 27 lipca 2023 r