I miljøer med lav temperatur er litiumion-batteriytelsen ikke ideell.Når vanlige litium-ion-batterier fungerer ved -10 °C, vil deres maksimale lade- og utladingskapasitet og terminalspenning reduseres betydelig sammenlignet med normal temperatur [6], når utladningstemperaturen synker til -20 °C, vil den tilgjengelige kapasiteten til og med reduseres til 1/3 ved romtemperatur 25 ° C, når utladningstemperaturen er lavere, kan noen litiumbatterier ikke engang lade og lade ut aktiviteter, og gå inn i en "dødt batteri"-tilstand.
1, egenskapene til litium-ion-batterier ved lave temperaturer
(1) Makroskopisk
De karakteristiske endringene til litiumionbatterier ved lav temperatur er som følger: med kontinuerlig temperaturreduksjon, øker den ohmske motstanden og polarisasjonsmotstanden i forskjellige grader;Utladningsspenningen til litium-ion-batteriet er lavere enn normal temperatur.Ved lading og utlading ved lav temperatur stiger eller faller driftsspenningen raskere enn ved normal temperatur, noe som resulterer i en betydelig reduksjon i maksimal brukbar kapasitet og effekt.
(2) Mikroskopisk
Ytelsesendringene til litium-ion-batterier ved lave temperaturer skyldes hovedsakelig påvirkning av følgende viktige faktorer.Når omgivelsestemperaturen er lavere enn -20 ℃, stivner den flytende elektrolytten, dens viskositet øker kraftig og dens ioniske ledningsevne reduseres.Litiumionediffusjonen i positive og negative elektrodematerialer er langsom;Litiumion er vanskelig å desolvere, og overføringen i SEI-film er langsom, og ladningsoverføringsimpedansen øker.Litiumdendrittproblemet er spesielt fremtredende ved lav temperatur.
2, For å løse lavtemperaturytelsen til litiumion-batterier
Design et nytt elektrolytisk væskesystem for å møte lavtemperaturmiljøet;Forbedre den positive og negative elektrodestrukturen for å akselerere overføringshastigheten og forkorte overføringsavstanden;Kontroller positive og negative solide elektrolyttgrensesnitt for å redusere impedansen.
(1) elektrolytttilsetningsstoffer
Generelt er bruken av funksjonelle tilsetningsstoffer en av de mest effektive og økonomiske måtene å forbedre lavtemperaturytelsen til batteriet og bidra til å danne den ideelle SEI-filmen.For tiden er hovedtypene tilsetningsstoffer isocyanatbaserte tilsetningsstoffer, svovelbaserte tilsetningsstoffer, ioniske flytende tilsetningsstoffer og uorganiske litiumsalttilsetningsstoffer.
For eksempel dimetylsulfitt (DMS) svovelbaserte tilsetningsstoffer, med passende reduserende aktivitet, og fordi dets reduksjonsprodukter og litiumionebinding er svakere enn vinylsulfat (DTD), vil lindrende bruk av organiske tilsetningsstoffer øke grensesnittimpedansen, for å bygge en mer stabil og bedre ioneledningsevne til den negative elektrodegrensesnittfilmen.Sulfittesterne representert av dimetylsulfitt (DMS) har høy dielektrisk konstant og bredt driftstemperaturområde.
(2) Løsemidlet til elektrolytten
Den tradisjonelle litiumionbatterielektrolytten skal løse opp 1 mol litiumheksafluorfosfat (LiPF6) i et blandet løsningsmiddel, slik som EC, PC, VC, DMC, metyletylkarbonat (EMC) eller dietylkarbonat (DEC), hvor sammensetningen av løsningsmidlet, smeltepunktet, dielektrisitetskonstanten, viskositeten og kompatibiliteten med litiumsalt vil alvorlig påvirke driftstemperaturen til batteriet.For tiden er den kommersielle elektrolytten lett å stivne når den påføres lavtemperaturmiljøet på -20 ℃ og lavere, den lave dielektrisitetskonstanten gjør litiumsaltet vanskelig å dissosiere, og viskositeten er for høy til å gjøre batteriets indre motstand og lav. spenningsplattform.Litium-ion-batterier kan ha bedre lavtemperaturytelse ved å optimere det eksisterende løsningsmiddelforholdet, for eksempel ved å optimalisere elektrolyttformuleringen (EC:PC:EMC=1:2:7) slik at TiO2(B)/grafen negativ elektrode har A kapasitet på ~240 mA h g-1 ved -20 ℃ og 0,1 A g-1 strømtetthet.Eller utvikle nye lavtemperaturelektrolyttløsningsmidler.Den dårlige ytelsen til litium-ion-batterier ved lave temperaturer er hovedsakelig relatert til den langsomme desolvasjonen av Li+ under prosessen med Li+-innleiring i elektrodematerialet.Stoffer med lav bindingsenergi mellom Li+ og løsemiddelmolekyler, som 1,3-dioksopentylen (DIOX), kan velges, og litiumtitanat i nanoskala brukes som elektrodemateriale for å sette sammen batteritesten for å kompensere for den reduserte diffusjonskoeffisienten til elektrodemateriale ved ultralave temperaturer, for å oppnå bedre lavtemperaturytelse.
(3) litiumsalt
For tiden har det kommersielle LiPF6-ionet høy ledningsevne, høye fuktighetskrav i miljøet, dårlig termisk stabilitet og dårlige gasser som HF i vannreaksjon er lett å forårsake sikkerhetsfarer.Den faste elektrolyttfilmen produsert av litiumdifluoroksalatborat (LiODFB) er stabil nok og har bedre lavtemperaturytelse og høyere hastighetsytelse.Dette er fordi LiODFB har fordelene med både litiumdioksalatborat (LiBOB) og LiBF4.
3. Sammendrag
Lavtemperaturytelsen til litiumionbatterier vil bli påvirket av mange aspekter som elektrodematerialer og elektrolytter.Omfattende forbedring fra flere perspektiver som elektrodematerialer og elektrolytt kan fremme bruken og utviklingen av litiumionbatterier, og bruksutsiktene for litiumbatterier er gode, men teknologien må utvikles og perfeksjoneres i videre forskning.
Innleggstid: 27. juli 2023