За умов низької температури продуктивність літій-іонної батареї не ідеальна.Коли широко використовувані літій-іонні батареї працюють при -10 °C, їх максимальна ємність для заряду та розряду та напруга на клемах будуть значно знижені порівняно з нормальною температурою [6], коли температура розряду падає до -20 °C, доступна ємність буде навіть зменшити до 1/3 при кімнатній температурі 25 ° C, коли температура розряду нижча, деякі літієві батареї не можуть навіть заряджати та розряджати діяльність, входячи в стан "мертвої батареї".
1, Характеристики літій-іонних акумуляторів при низьких температурах
(1) Макроскопічний
Характерні зміни літій-іонної батареї при низькій температурі такі: при безперервному зниженні температури омічний опір і поляризаційний опір збільшуються в різному ступені;Напруга розряду літій-іонного акумулятора нижча, ніж при нормальній температурі.Під час заряджання та розряджання за низької температури його робоча напруга зростає або падає швидше, ніж за нормальної температури, що призводить до значного зниження його максимальної корисної ємності та потужності.
(2) Мікроскопічно
Зміни продуктивності літій-іонних акумуляторів при низьких температурах в основному зумовлені впливом наступних важливих факторів.Коли температура навколишнього середовища нижче -20 ℃, рідкий електроліт твердне, його в'язкість різко зростає, а його іонна провідність знижується.Дифузія іонів літію в матеріалах позитивного та негативного електродів відбувається повільно;Іон літію важко десольватувати, його пропускання в плівці SEI відбувається повільно, і імпеданс перенесення заряду зростає.Проблема літієвих дендритів особливо помітна при низькій температурі.
2, щоб вирішити низькотемпературну продуктивність літій-іонних батарей
Розробити нову електролітичну рідинну систему для роботи в умовах низької температури;Поліпшити структуру позитивного та негативного електродів, щоб прискорити швидкість передачі та скоротити відстань передачі;Контролюйте позитивний і негативний інтерфейс твердого електроліту, щоб зменшити імпеданс.
(1) електролітні добавки
Загалом, використання функціональних добавок є одним із найефективніших і економічних способів покращити низькотемпературні характеристики батареї та допомогти сформувати ідеальну плівку SEI.В даний час основними типами добавок є добавки на основі ізоціанату, добавки на основі сірки, добавки іонних рідин і добавки неорганічної солі літію.
Наприклад, добавки на основі сірки диметилсульфіту (DMS) з відповідною відновлювальною активністю, а також оскільки його продукти відновлення та зв’язування іонів літію слабші, ніж вінілсульфат (DTD), пом’якшення використання органічних добавок збільшить імпеданс межі розділу, щоб створити більш стабільна та краща іонна провідність плівки розділу негативного електрода.Сульфітні ефіри, представлені диметилсульфітом (ДМС), мають високу діелектричну проникність і широкий діапазон робочих температур.
(2) Розчинник електроліту
Традиційний електроліт літій-іонного акумулятора полягає в розчиненні 1 моль гексафторфосфату літію (LiPF6) у змішаному розчиннику, такому як EC, PC, VC, DMC, метилетилкарбонат (EMC) або діетилкарбонат (DEC), де склад розчинник, температура плавлення, діелектрична проникність, в'язкість і сумісність із сіллю літію серйозно впливатимуть на робочу температуру акумулятора.В даний час комерційний електроліт легко затвердіти при застосуванні в середовищі з низькою температурою -20 ℃ і нижче, низька діелектрична проникність ускладнює дисоціацію солі літію, а в'язкість занадто висока, щоб зробити внутрішній опір батареї та низький. платформа напруги.Літій-іонні батареї можуть мати кращі низькотемпературні характеристики за рахунок оптимізації наявного співвідношення розчинників, наприклад шляхом оптимізації складу електроліту (EC:PC:EMC=1:2:7), щоб TiO2(B)/графеновий негативний електрод мав A ємність ~240 мА·год·г-1 при -20 ℃ і щільності струму 0,1 А·г-1.Або розробити нові низькотемпературні розчинники електролітів.Низька продуктивність літій-іонних батарей при низьких температурах пов’язана в основному з повільною десольватацією Li+ під час процесу вбудовування Li+ в матеріал електрода.Речовини з низькою енергією зв’язку між Li+ і молекулами розчинника, такі як 1,3-діоксопентилен (DIOX), можуть бути обрані, а нанорозмірний титанат літію використовується як електродний матеріал для складання тесту батареї для компенсації зниженого коефіцієнта дифузії електродний матеріал при наднизьких температурах, щоб досягти кращих низькотемпературних характеристик.
(3) сіль літію
В даний час комерційний іон LiPF6 має високу провідність, високі вимоги до вологи в навколишньому середовищі, низьку термічну стабільність, а погані гази, такі як HF у реакції води, легко спричинити загрозу безпеці.Плівка твердого електроліту, виготовлена боратом дифтороксалату літію (LiODFB), є достатньо стабільною та має кращі низькотемпературні характеристики та вищу продуктивність.Це пояснюється тим, що LiODFB має переваги борату діоксалату літію (LiBOB) і LiBF4.
3. Підведення підсумків
На продуктивність літій-іонних батарей при низьких температурах впливатимуть багато аспектів, наприклад матеріали електродів і електроліти.Комплексне вдосконалення з багатьох точок зору, таких як електродні матеріали та електроліт, може сприяти застосуванню та розробці літій-іонних батарей, і перспективи застосування літієвих батарей хороші, але технологію потрібно розробити та вдосконалити в подальших дослідженнях.
Час публікації: 27 липня 2023 р