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, i budući da su njegovi produkti redukcije i vezanje litijevih iona slabiji od vinil sulfata (DTD), ublažavanje upotrebe organskih aditiva povećat će impedanciju sučelja, za izgradnju 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 baterije.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 pri niskim temperaturama uglavnom je povezana sa sporom desolvatacijom Li+ tijekom procesa ugrađivanja 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 u nanorazmjeru koristi se kao materijal elektrode za sastavljanje testa baterije kako bi se kompenzirao smanjeni koeficijent difuzije materijal elektrode na ultra-niskim 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 je potrebno razviti i usavršiti u daljnjim istraživanjima.
Vrijeme objave: 27. srpnja 2023