Med den raske utviklingen av elektriske kjøretøy over hele verden, har markedsstørrelsen for elektriske kjøretøy nådd 1 billion dollar i 2020 og vil fortsette å vokse med en hastighet på mer enn 20 % per år i fremtiden.Derfor vil elektriske kjøretøyer som en viktig transportmåte, ytelseskravene for strømbatterier bli stadig høyere, og virkningen av batterinedbrytning på strømbatteriytelsen i miljøer med lav temperatur bør ikke ignoreres.Hovedårsakene til batterinedbrytning i lavtemperaturmiljøer er: For det første påvirker den lave temperaturen den lille interne motstanden til batteriet, det termiske diffusjonsområdet er stort, og den interne motstanden til batteriet øker.For det andre, batteriet i og utenfor ladeoverføringskapasiteten er dårlig, vil batterideformasjonen oppstå når den lokale irreversible polariseringen.For det tredje er den lave temperaturen til elektrolyttens molekylære bevegelse langsom og vanskelig å diffundere i tid når temperaturen stiger.Derfor er lavtemperaturbatteriforfall alvorlig, noe som resulterer i alvorlig forringelse av batteriytelsen.
1、 Statusen til lavtemperaturbatteriteknologi
De tekniske og materielle ytelseskravene til litium-ion-batterier tilberedt ved lave temperaturer er høye.Den alvorlige ytelsesdegraderingen til litiumion-batterier i lavtemperaturmiljøer skyldes økningen i intern motstand, noe som fører til vanskeligheten med elektrolyttdiffusjon og forkortet cellesykluslevetid.Derfor har forskningen på lavtemperaturbatteriteknologi gjort noen fremskritt de siste årene.Tradisjonelle høytemperatur-litiumion-batterier har dårlig ytelse ved høy temperatur, og ytelsen deres er fortsatt ustabil under lavtemperaturforhold;stort volum av lavtemperaturceller, lav kapasitet og dårlig lavtemperatursyklusytelse;polarisering er betydelig sterkere ved lav temperatur enn ved høy temperatur;økt viskositet av elektrolytt ved lav temperatur fører til en reduksjon i antall ladnings-/utladningssykluser;redusert sikkerhet for celler og redusert batterilevetid ved lav temperatur;og redusert ytelse ved bruk ved lav temperatur.I tillegg har den korte levetiden til batteriet ved lav temperatur og sikkerhetsrisikoen ved lavtemperaturceller stilt nye krav til sikkerheten til strømbatterier.Derfor er utviklingen av stabile, trygge, pålitelige og langtidsholdbare strømbatterimaterialer for miljøer med lav temperatur fokus for forskning på lavtemperatur-litium-ion-batterier.For tiden er det flere lavtemperatur litium-ion-batterimaterialer: (1) litiummetallanodematerialer: litiummetall er mye brukt i elektriske kjøretøy på grunn av sin høye kjemiske stabilitet, høye elektriske ledningsevne og lavtemperatur-lading og -utlading;(2) karbonanodematerialer er mye brukt i elektriske kjøretøy på grunn av deres gode varmemotstand, lavtemperatursyklusytelse, lav elektrisk ledningsevne og lavtemperatursykluslevetid ved lave temperaturer;(3) karbonanodematerialer er mye brukt i elektriske kjøretøy på grunn av deres gode varmemotstand, lavtemperatursyklusytelse, lav elektrisk ledningsevne og lavtemperatursykluslevetid.i;(3) organiske elektrolytter har god ytelse ved lav temperatur;(4) polymerelektrolytter: polymermolekylkjeder er relativt korte og har høy affinitet;(5) uorganiske materialer: uorganiske polymerer har gode ytelsesparametre (ledningsevne) og god kompatibilitet mellom elektrolyttaktivitet;(6) metalloksider er mindre;(7) uorganiske materialer: uorganiske polymerer, etc.
2、 Effekten av lavtemperaturmiljø på litiumbatteri
Sykluslevetiden til litiumbatterier avhenger hovedsakelig av utladingsprosessen, mens lav temperatur er en faktor som har større innvirkning på levetiden til litiumprodukter.Vanligvis, under lavtemperaturmiljøer, vil overflaten av batteriet gjennomgå faseendring som forårsaker skade på overflatestrukturen, ledsaget av kapasitets- og cellekapasitetsreduksjon.Under høye temperaturforhold genereres gass i cellen, noe som vil akselerere termisk diffusjon;under lav temperatur kan ikke gass slippes ut i tide, noe som akselererer faseendringen av batterivæske;jo lavere temperatur, jo mer gass genereres og jo langsommere faseendringer av batterivæske.Derfor er den interne materialendringen i batteriet mer drastisk og kompleks under lav temperatur, og det er lettere å generere gasser og faste stoffer inne i batterimaterialet;samtidig vil den lave temperaturen føre til en rekke destruktive reaksjoner som irreversibelt brudd på kjemiske bindinger ved grenseflaten mellom katodematerialet og elektrolytten;det vil også føre til reduksjon av elektrolyttselvmontering og sykluslevetid;evnen til overføring av litiumionladning til elektrolytten vil bli redusert;lade- og utladingsprosessen vil forårsake en rekke kjedereaksjoner som polarisasjonsfenomen under litiumionladningsoverføring, batterikapasitetsreduksjon og intern spenningsfrigjøring, noe som påvirker sykluslevetiden og energitettheten til litiumionbatterier og andre funksjoner.Jo lavere temperatur ved lav temperatur, desto mer intense og komplekse vil de ulike destruktive reaksjonene som redoksreaksjon på batterioverflaten, termisk diffusjon, faseendring inne i cellen og til og med fullstendig ødeleggelse i sin tur utløse en rekke kjedereaksjoner som elektrolytt. selvmontering, jo langsommere reaksjonshastighet, desto alvorligere blir batterikapasitetsnedgangen, og jo dårligere er evnen til å migrere litiumionladning ved høy temperatur.
3、 Lav temperatur på fremdriften til forskningsprospekter for litiumbatteriteknologi
I lavtemperaturmiljøet vil sikkerheten, sykluslevetiden og celletemperaturstabiliteten til batteriet bli påvirket, og virkningen av lav temperatur på levetiden til litiumbatterier kan ikke ignoreres.For tiden har lavtemperaturbatteriteknologiens forskning og utvikling ved bruk av membran, elektrolytt, positive og negative elektrodematerialer og andre metoder gjort noen fremskritt.I fremtiden bør utviklingen av lavtemperatur litiumbatteriteknologi forbedres fra følgende aspekter: (1) utviklingen av litiumbatterimaterialsystem med høy energitetthet, lang levetid, lav demping, liten størrelse og lave kostnader ved lav temperatur ;(2) kontinuerlig forbedring av batteriets interne motstandskontroll gjennom strukturell design og materialforberedelsesteknologi;(3) i utviklingen av høykapasitets, rimelig litiumbatterisystem, bør oppmerksomhet rettes mot elektrolytttilsetningsstoffer, litiumion- og anode- og katodegrensesnitt og internt aktivt materiale og andre viktige faktorer som påvirker;(4) forbedre batterisyklusytelsen (lading og utlading av spesifikk energi), den termiske stabiliteten til batteriet i lavtemperaturmiljø, sikkerheten til litiumbatterier i lavtemperaturmiljø og annen utviklingsretning for batteriteknologi;(5) utvikle høy sikkerhetsytelse, høye kostnader og lave kostnader batterisystemløsninger under lave temperaturforhold;(6) utvikle batterirelaterte produkter med lav temperatur og fremme deres anvendelse;(7) utvikle høyytelses lavtemperaturbestandige batterimaterialer og enhetsteknologi.
Selvfølgelig, i tillegg til de ovennevnte forskningsretningene, er det også mange forskningsretninger for ytterligere å forbedre batteriytelsen under lave temperaturforhold, forbedre energitettheten til lavtemperaturbatterier, redusere batteridegradering i lavtemperaturmiljøer, forlenge batterilevetiden og annen forskning framgang;men det viktigere spørsmålet er hvordan man oppnår høy ytelse, høy sikkerhet, lav pris, høy rekkevidde, lang levetid og lave kostnader kommersialisering av batterier under lave temperaturforhold. Forskningen må fokusere på å bryte gjennom og løse problemet.
Innleggstid: 22. november 2022