U okruženju niskih temperatura, performanse litijum-jonske baterije nisu idealne.Kada uobičajeno korišćene litijum-jonske baterije rade na -10°C, njihov maksimalni kapacitet punjenja i pražnjenja i napon terminala će biti značajno smanjeni u poređenju sa normalnom temperaturom [6], kada temperatura pražnjenja padne na -20°C, raspoloživi kapacitet će čak i da se smanje na 1/3 na sobnoj temperaturi od 25 °C, kada je temperatura pražnjenja niža, neke litijumske baterije ne mogu čak ni da se pune i isprazne, ulazeći u stanje "prazne baterije".
1, karakteristike litijum-jonskih baterija na niskim temperaturama
(1) Makroskopski
Karakteristične promjene litijum-jonske baterije na niskim temperaturama su sljedeće: uz kontinuirano smanjenje temperature, omski otpor i polarizacijski otpor se povećavaju u različitim stupnjevima;Napon pražnjenja litijum-jonske baterije je niži 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 korisnog kapaciteta i snage.
(2) Mikroskopski
Promjene performansi litijum-jonskih baterija na niskim temperaturama uglavnom su posljedica utjecaja sljedećih važnih faktora.Kada je temperatura okoline niža od -20 ℃, tečni elektrolit se stvrdnjava, njegov viskozitet naglo raste, a ionska provodljivost opada.Difuzija litijum jona u materijalima pozitivnih i negativnih elektroda je spora;Litijum jon se teško rastvara, a njegov prenos u SEI filmu je spor, a impedanca prenosa naboja se povećava.Problem litijum dendrita je posebno izražen na niskim temperaturama.
2, Za rješavanje niskih temperatura performansi litijum-jonskih baterija
Dizajnirati novi sistem elektrolitičke tečnosti koji će zadovoljiti niskotemperaturno okruženje;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) aditivi za elektrolite
Općenito, upotreba funkcionalnih aditiva je jedan od najefikasnijih i najekonomičnijih načina za poboljšanje performansi baterije na niskim temperaturama i pomoć u formiranju idealnog SEI filma.Trenutno, glavne vrste aditiva su aditivi na bazi izocijanata, aditivi na bazi sumpora, aditivi sa jonskim tečnostima i aditivi neorganske litijeve soli.
Na primjer, aditivi na bazi sumpora dimetil sulfita (DMS), s odgovarajućom redukcijom, i budući da su njegovi redukcijski proizvodi i vezivanje litijum jona slabiji od vinil sulfata (DTD), ublažavanje upotrebe organskih aditiva će povećati impedanciju međusklopa, kako bi se izgradio stabilnija i bolja ionska provodljivost filma sučelja negativne elektrode.Sulfitni estri predstavljeni dimetilsulfitom (DMS) imaju visoku dielektričnu konstantu i širok raspon radnih temperatura.
(2) Rastvarač elektrolita
Tradicionalni elektrolit litijum-jonske baterije je da rastvori 1 mol litijum heksafluorofosfata (LiPF6) u mešanom otapalu, kao što su EC, PC, VC, DMC, metil etil karbonat (EMC) ili dietil karbonat (DEC), gde je sastav rastvarač, tačka topljenja, dielektrična konstanta, viskozitet i kompatibilnost sa litijumskom soli će ozbiljno uticati na radnu temperaturu baterije.Trenutno se komercijalni elektrolit lako stvrdnjava kada se primjenjuje na niskotemperaturno okruženje od -20℃ i niže, niska dielektrična konstanta otežava disociaciju litijeve soli, a viskozitet je previsok da bi unutrašnji otpor baterije bio nizak. naponsku platformu.Litijum-jonske baterije mogu imati bolje performanse na niskim temperaturama optimizacijom postojećeg omjera rastvarača, kao što je optimizacija formulacije elektrolita (EC:PC:EMC=1:2:7) tako da TiO2(B)/grafenska negativna elektroda ima A kapacitet od ~240 mA h g-1 na -20℃ i 0,1 A g-1 gustine struje.Ili razviti nova otapala za elektrolite niske temperature.Loše performanse litijum-jonskih baterija na niskim temperaturama uglavnom su povezane sa sporom desolvatacijom Li+ tokom procesa ugradnje Li+ u materijal elektrode.Supstance sa niskom energijom vezivanja između Li+ i molekula rastvarača, kao što je 1,3-dioksopentilen (DIOX), mogu se odabrati, a litijum titanat u nanorazmeri se koristi kao materijal elektrode za sastavljanje testa baterije kako bi se kompenzovao smanjeni koeficijent difuzije materijal elektrode na ultra niskim temperaturama, kako bi se postigle bolje performanse na niskim temperaturama.
(3) litijumova so
Trenutno, komercijalni LiPF6 jon ima visoku provodljivost, visoke zahtjeve za vlagom u okolišu, lošu termičku stabilnost, a loši plinovi kao što je HF u reakciji vode lako mogu uzrokovati sigurnosne opasnosti.Čvrsti film elektrolita proizveden od litijum difluoroksalat borata (LiODFB) je dovoljno stabilan i ima bolje performanse na niskim temperaturama i veću brzinu.To je zato što LiODFB ima prednosti i litijum-dioksalat borata (LiBOB) i LiBF4.
3. Sažetak
Na performanse litijum-jonskih baterija pri niskim temperaturama će uticati mnogi aspekti kao što su materijali elektroda i elektroliti.Sveobuhvatno poboljšanje iz više perspektiva, kao što su materijali elektroda i elektrolit, može promovirati primjenu i razvoj litijum-jonskih baterija, a izgledi za primjenu litijumskih baterija su dobri, ali tehnologiju treba razviti i usavršiti u daljnjim istraživanjima.
Vrijeme objave: Jul-27-2023