В среда с ниска температура производителността на литиево-йонната батерия не е идеална. Когато често използваните литиево-йонни батерии работят при -10 °C, техният максимален капацитет за зареждане и разреждане и напрежението на клемите ще бъдат значително намалени в сравнение с нормалната температура [6], когато температурата на разреждане падне до -20 °C, наличният капацитет ще дори да се намали до 1/3 при стайна температура 25 ° C, когато температурата на разреждане е по-ниска, някои литиеви батерии дори не могат да зареждат и разреждат дейности, влизайки в състояние на "мъртва батерия".
1, Характеристиките на литиево-йонните батерии при ниски температури
(1) Макроскопски
Характерните промени на литиево-йонната батерия при ниска температура са следните: с непрекъснато намаляване на температурата, омичното съпротивление и поляризационното съпротивление се увеличават в различни степени; Разрядното напрежение на литиево-йонната батерия е по-ниско от това при нормална температура. Когато се зарежда и разрежда при ниска температура, работното му напрежение се повишава или пада по-бързо от това при нормална температура, което води до значително намаляване на неговия максимален използваем капацитет и мощност.
(2) Микроскопски
Промените в производителността на литиево-йонните батерии при ниски температури се дължат главно на влиянието на следните важни фактори. Когато температурата на околната среда е по-ниска от -20 ℃, течният електролит се втвърдява, неговият вискозитет се увеличава рязко и неговата йонна проводимост намалява. Дифузията на литиеви йони в положителни и отрицателни електродни материали е бавна; Литиевият йон е труден за десолватация и предаването му в SEI филма е бавно и импедансът на пренос на заряд се увеличава. Проблемът с литиевия дендрит е особено изявен при ниска температура.
2, За решаване на нискотемпературната производителност на литиево-йонните батерии
Проектирайте нова електролитна течна система, която да отговаря на условията на ниска температура; Подобрете структурата на положителните и отрицателните електроди, за да ускорите скоростта на предаване и да скъсите разстоянието на предаване; Контролирайте положителния и отрицателния интерфейс с твърд електролит, за да намалите импеданса.
(1) електролитни добавки
Като цяло, използването на функционални добавки е един от най-ефективните и икономични начини за подобряване на нискотемпературните характеристики на батерията и подпомагане на формирането на идеалния SEI филм. Понастоящем основните видове добавки са добавки на основата на изоцианат, добавки на базата на сяра, йонни течни добавки и добавки на неорганична литиева сол.
Например добавки на базата на сяра на диметил сулфит (DMS) с подходяща редуцираща активност и тъй като неговите редукционни продукти и свързването на литиеви йони е по-слабо от винил сулфат (DTD), облекчаването на използването на органични добавки ще увеличи импеданса на интерфейса, за изграждане на по-стабилна и по-добра йонна проводимост на интерфейсния филм на отрицателния електрод. Сулфитните естери, представени от диметилсулфит (DMS), имат висока диелектрична константа и широк работен температурен диапазон.
(2) Разтворителят на електролита
Традиционният електролит на литиево-йонната батерия е да се разтвори 1 mol литиев хексафлуорофосфат (LiPF6) в смесен разтворител, като EC, PC, VC, DMC, метил етил карбонат (EMC) или диетил карбонат (DEC), където съставът на разтворителят, точката на топене, диелектричната константа, вискозитетът и съвместимостта с литиевата сол ще повлияят сериозно на работната температура на батерията. Понастоящем търговският електролит е лесен за втвърдяване, когато се прилага в среда с ниска температура от -20 ℃ и по-ниска, ниската диелектрична константа прави литиевата сол трудна за дисоциация, а вискозитетът е твърде висок, за да направи вътрешното съпротивление на батерията и ниско платформа за напрежение. Литиево-йонните батерии могат да имат по-добри характеристики при ниски температури чрез оптимизиране на съотношението на съществуващия разтворител, като например чрез оптимизиране на електролитната формула (EC:PC:EMC=1:2:7), така че TiO2(B)/графеновият отрицателен електрод да има A капацитет от ~240 mA h g-1 при -20 ℃ и 0,1 A g-1 плътност на тока. Или разработете нови нискотемпературни електролитни разтворители. Лошата производителност на литиево-йонните батерии при ниски температури е свързана главно с бавната десолватация на Li+ по време на процеса на вграждане на Li+ в материала на електрода. Могат да бъдат избрани вещества с ниска енергия на свързване между Li+ и молекулите на разтворителя, като 1,3-диоксопентилен (DIOX), и наноразмерният литиев титанат се използва като електроден материал за сглобяване на теста на батерията, за да компенсира намаления коефициент на дифузия на електроден материал при ултраниски температури, за да се постигне по-добро представяне при ниски температури.
(3) литиева сол
Понастоящем търговският LiPF6 йон има висока проводимост, високи изисквания за влага в околната среда, лоша термична стабилност и лоши газове като HF във водна реакция е лесно да причинят опасност за безопасността. Твърдият електролитен филм, произведен от литиев дифлуороксалат борат (LiODFB), е достатъчно стабилен и има по-добра работа при ниска температура и по-висока скорост. Това е така, защото LiODFB има предимствата както на литиев диоксалат борат (LiBOB), така и на LiBF4.
3. Обобщение
Нискотемпературните характеристики на литиево-йонните батерии ще бъдат повлияни от много аспекти, като електродни материали и електролити. Цялостното подобрение от множество гледни точки, като електродни материали и електролит, може да насърчи приложението и развитието на литиево-йонни батерии, а перспективата за приложение на литиевите батерии е добра, но технологията трябва да бъде разработена и усъвършенствана в по-нататъшни изследвания.
Време на публикуване: 27 юли 2023 г