Alacsony hőmérsékletű környezetben a lítium-ion akkumulátor teljesítménye nem ideális. Ha az általánosan használt lítium-ion akkumulátorok -10 °C-on működnek, maximális töltési és kisütési kapacitásuk, valamint kapocsfeszültségük jelentősen csökken a normál hőmérséklethez képest [6], amikor a kisülési hőmérséklet -20 °C-ra csökken, a rendelkezésre álló kapacitás csökken. akár 1/3-ára csökkenthető szobahőmérsékleten 25 ° C-on, amikor a kisülési hőmérséklet alacsonyabb, egyes lítium akkumulátorok nem is tudnak tölteni és kisütni tevékenységeket, belépve a "lemerült akkumulátor" állapotba.
1, A lítium-ion akkumulátorok jellemzői alacsony hőmérsékleten
(1) Makroszkópos
A lítium-ion akkumulátor jellemző változásai alacsony hőmérsékleten a következők: a hőmérséklet folyamatos csökkenésével az ohmos ellenállás és a polarizációs ellenállás különböző mértékben növekszik; A lítium-ion akkumulátor kisülési feszültsége alacsonyabb, mint a normál hőmérsékleten. Alacsony hőmérsékleten történő töltéskor és kisütéskor működési feszültsége gyorsabban emelkedik vagy csökken, mint a normál hőmérsékleten, ami jelentősen csökkenti maximális hasznosítható kapacitását és teljesítményét.
(2) Mikroszkóposan
A lítium-ion akkumulátorok teljesítménybeli változásai alacsony hőmérsékleten főként az alábbi fontos tényezők hatására következnek be. Ha a környezeti hőmérséklet alacsonyabb, mint -20 ℃, a folyékony elektrolit megszilárdul, viszkozitása meredeken növekszik, ionvezető képessége csökken. A lítium-ion diffúzió pozitív és negatív elektródákban lassú; A lítium-ion nehezen deszolvatálható, átvitele a SEI filmben lassú, és a töltésátviteli impedancia nő. A lítium-dendrit probléma különösen szembetűnő alacsony hőmérsékleten.
2, A lítium-ion akkumulátorok alacsony hőmérsékletű teljesítményének megoldására
Tervezzen új elektrolitikus folyadékrendszert, hogy megfeleljen az alacsony hőmérsékletű környezetnek; Javítsa a pozitív és negatív elektródák szerkezetét az átviteli sebesség felgyorsítása és az átviteli távolság lerövidítése érdekében; Szabályozza a pozitív és negatív szilárd elektrolit interfészt az impedancia csökkentése érdekében.
(1) elektrolit adalékok
Általánosságban elmondható, hogy a funkcionális adalékok használata az egyik leghatékonyabb és leggazdaságosabb módja az akkumulátor alacsony hőmérsékletű teljesítményének javítására és az ideális SEI film kialakítására. Jelenleg az adalékanyagok fő típusai az izocianát alapú adalékok, a kénalapú adalékok, az ionos folyékony adalékanyagok és a szervetlen lítium-só adalékok.
Például a dimetil-szulfit (DMS) kénalapú adalékok, amelyek megfelelő redukáló aktivitással rendelkeznek, és mivel redukciós termékei és lítium-ion kötése gyengébb, mint a vinil-szulfát (DTD), a szerves adalékok használatának enyhítése növeli a határfelület impedanciáját, így stabilabb és jobb ionvezető képessége a negatív elektród interfész filmjének. A dimetil-szulfit (DMS) által képviselt szulfitészterek nagy dielektromos állandóval és széles működési hőmérséklet-tartománnyal rendelkeznek.
(2) Az elektrolit oldószere
A hagyományos lítium-ion akkumulátor-elektrolit 1 mol lítium-hexafluor-foszfát (LiPF6) feloldása vegyes oldószerben, például EC, PC, VC, DMC, metil-etil-karbonát (EMC) vagy dietil-karbonát (DEC), ahol az összetétel az oldószer, az olvadáspont, a dielektromos állandó, a viszkozitás és a lítium-sóval való kompatibilitás komolyan befolyásolja az akkumulátor üzemi hőmérsékletét. Jelenleg a kereskedelemben kapható elektrolit könnyen megszilárdul, ha alacsony hőmérsékletű, -20 ℃ és az alatti környezetben alkalmazzák, az alacsony dielektromos állandó miatt a lítium-só nehezen disszociál, a viszkozitása pedig túl magas ahhoz, hogy az akkumulátor belső ellenállása és alacsony legyen. feszültség platform. A lítium-ion akkumulátorok jobb teljesítményt nyújthatnak alacsony hőmérsékleten a meglévő oldószerarány optimalizálásával, például az elektrolit összetételének optimalizálásával (EC:PC:EMC=1:2:7), hogy a TiO2(B)/grafén negatív elektródának A ~240 mA h g-1 kapacitás -20 ℃-on és 0,1 A g-1 áramsűrűség. Vagy dolgozzon ki új alacsony hőmérsékletű elektrolit oldószereket. A lítium-ion akkumulátorok gyenge teljesítménye alacsony hőmérsékleten főként a Li+ lassú deszolvatációjával függ össze az elektróda anyagába történő Li+ beágyazódási folyamata során. Kiválaszthatók a Li+ és az oldószermolekulák között alacsony kötési energiájú anyagok, mint például az 1,3-dioxopentilén (DIOX), és nanoméretű lítium-titanátot használnak elektródaanyagként az akkumulátorteszt összeállításához, hogy kompenzálják a csökkentett diffúziós együtthatót. elektróda anyaga rendkívül alacsony hőmérsékleten, hogy jobb teljesítményt érjen el alacsony hőmérsékleten.
(3) lítium só
Jelenleg a kereskedelmi forgalomban kapható LiPF6 ion nagy vezetőképességgel rendelkezik, magas a környezet nedvességigénye, gyenge a hőstabilitása, és a rossz gázok, például a HF a vízben reakciója könnyen biztonsági kockázatot jelent. A lítium-difluoroxalát-borát (LiODFB) által előállított szilárd elektrolit film elég stabil, és jobb alacsony hőmérsékleten és nagyobb sebességgel rendelkezik. Ennek az az oka, hogy a LiODFB rendelkezik a lítium-dioxalát-borát (LiBOB) és a LiBF4 előnyeivel is.
3. Összegzés
A lítium-ion akkumulátorok alacsony hőmérsékletű teljesítményét számos tényező befolyásolja, például az elektródák anyaga és az elektrolitok. A több szempontból, például az elektróda anyagok és az elektrolitok átfogó fejlesztése elősegítheti a lítium-ion akkumulátorok alkalmazását és fejlesztését, és a lítium akkumulátorok alkalmazási lehetőségei jók, de a technológiát fejleszteni és tökéletesíteni kell a további kutatások során.
Feladás időpontja: 2023. július 27