U okruženju niske temperature, rad litij-ionske baterije nije idealan. Kada uobičajeno korištene litij-ionske baterije rade na -10 °C, njihov maksimalni kapacitet punjenja i pražnjenja i napon na terminalu značajno će se smanjiti u usporedbi s normalnom temperaturom [6], kada temperatura pražnjenja padne na -20 °C, raspoloživi kapacitet će čak i smanjiti na 1/3 na sobnoj temperaturi od 25 ° C, kada je temperatura pražnjenja niža, neke litijske baterije ne mogu niti puniti i prazniti aktivnosti, ulazeći u stanje "mrtve baterije".
1, Karakteristike litij-ionskih baterija pri niskim temperaturama
(1) Makroskopski
Karakteristične promjene litij-ionske baterije pri niskim temperaturama su sljedeće: s kontinuiranim smanjenjem temperature, omski otpor i polarizacijski otpor rastu u različitim stupnjevima; Napon pražnjenja litij-ionske baterije niži je od napona normalne temperature. Prilikom punjenja i pražnjenja na niskoj temperaturi, njegov radni napon raste ili pada brže od onog na normalnoj temperaturi, što rezultira značajnim smanjenjem njegovog maksimalnog iskoristivog kapaciteta i snage.
(2) Mikroskopski
Promjene performansi litij-ionskih baterija pri niskim temperaturama uglavnom su posljedica utjecaja sljedećih važnih čimbenika. Kada je temperatura okoline niža od -20 ℃, tekući elektrolit se skrutne, njegova viskoznost naglo raste, a njegova ionska vodljivost opada. Difuzija litij iona u materijalima pozitivne i negativne elektrode je spora; Litij ion je teško desolvatirati, a njegov prijenos u SEI filmu je spor, a impedancija prijenosa naboja se povećava. Problem s litijevim dendritom posebno je izražen na niskim temperaturama.
2, Za rješavanje niskotemperaturnih performansi litij-ionskih baterija
Dizajnirajte novi sustav elektrolitičke tekućine kako biste zadovoljili niske temperature okoline; Poboljšajte strukturu pozitivne i negativne elektrode kako biste ubrzali brzinu prijenosa i skratili udaljenost prijenosa; Kontrolirajte pozitivno i negativno sučelje čvrstog elektrolita kako biste smanjili impedanciju.
(1) dodaci elektrolita
Općenito, korištenje funkcionalnih aditiva jedan je od najučinkovitijih i najekonomičnijih načina za poboljšanje performansi baterije pri niskim temperaturama i pomoć u stvaranju idealnog SEI filma. Trenutačno su glavne vrste aditiva aditivi na bazi izocijanata, aditivi na bazi sumpora, ionski tekući aditivi i anorganski aditivi litijeve soli.
Na primjer, aditivi na bazi sumpora dimetil sulfita (DMS), s odgovarajućom redukcijskom aktivnošću, a budući da su njegovi produkti redukcije i vezivanje litij iona slabiji od vinil sulfata (DTD), ublažavanje upotrebe organskih aditiva povećat će impedanciju sučelja, kako bi se izgradila stabilnija i bolja ionska vodljivost sloja negativne elektrode. Sulfitni esteri predstavljeni dimetil sulfitom (DMS) imaju visoku dielektričnu konstantu i širok raspon radnih temperatura.
(2) Otapalo elektrolita
Tradicionalni elektrolit litij-ionske baterije je otapanje 1 mol litij heksafluorofosfata (LiPF6) u miješanom otapalu, kao što je EC, PC, VC, DMC, metil etil karbonat (EMC) ili dietil karbonat (DEC), gdje je sastav otapalo, talište, dielektrična konstanta, viskoznost i kompatibilnost s litijevom soli ozbiljno će utjecati na radnu temperaturu baterija. Trenutačno se komercijalni elektrolit lako skrućuje kada se nanese na okolinu niske temperature od -20 ℃ i niže, niska dielektrična konstanta otežava odvajanje litijeve soli, a viskoznost je previsoka da bi unutarnji otpor baterije bio nizak naponska platforma. Litij-ionske baterije mogu imati bolje performanse pri niskim temperaturama optimizacijom postojećeg omjera otapala, kao što je optimizacija formulacije elektrolita (EC:PC:EMC=1:2:7) tako da negativna elektroda TiO2(B)/grafena ima A kapacitet ~240 mA h g-1 na -20 ℃ i 0,1 A g-1 gustoća struje. Ili razviti nova otapala elektrolita niske temperature. Slaba izvedba litij-ionskih baterija na niskim temperaturama uglavnom je povezana sa sporom desolvatacijom Li+ tijekom procesa ugradnje Li+ u materijal elektrode. Mogu se odabrati tvari s niskom energijom vezanja između Li+ i molekula otapala, kao što je 1,3-dioksopentilen (DIOX), a litij titanat na nanomjernoj razini koristi se kao materijal elektrode za sastavljanje testa baterije kako bi se kompenzirao smanjeni koeficijent difuzije materijal elektrode na ultraniskim temperaturama, kako bi se postigla bolja izvedba na niskim temperaturama.
(3) litijeva sol
Trenutačno komercijalni LiPF6 ion ima visoku vodljivost, visoke zahtjeve za vlagom u okolišu, lošu toplinsku stabilnost, a loši plinovi kao što je HF u reakciji s vodom lako mogu uzrokovati sigurnosne opasnosti. Film krutog elektrolita proizveden od litijevog difluoroksalat borata (LiODFB) dovoljno je stabilan i ima bolje performanse pri niskim temperaturama i veće performanse. To je zato što LiODFB ima prednosti i litij dioksalat borata (LiBOB) i LiBF4.
3. Sažetak
Na performanse litij-ionskih baterija pri niskim temperaturama utjecat će mnogi aspekti kao što su materijali elektroda i elektroliti. Sveobuhvatno poboljšanje iz više perspektiva, kao što su materijali elektroda i elektrolit, može promicati primjenu i razvoj litij-ionskih baterija, a izgledi za primjenu litijevih baterija su dobri, ali tehnologiju treba razviti i usavršiti u daljnjim istraživanjima.
Vrijeme objave: 27. srpnja 2023