V okolju z nizko temperaturo delovanje litij-ionske baterije ni idealno. Ko običajno uporabljene litij-ionske baterije delujejo pri -10 °C, se njihova največja zmogljivost polnjenja in praznjenja ter priključna napetost znatno zmanjšata v primerjavi z običajno temperaturo [6], ko pa temperatura praznjenja pade na -20 °C, bo razpoložljiva zmogljivost celo zmanjšati na 1/3 pri sobni temperaturi 25 ° C, ko je temperatura praznjenja nižja, nekatere litijeve baterije ne morejo niti polniti in prazniti dejavnosti, vstopajo v stanje "mrtve baterije".
1, Značilnosti litij-ionskih baterij pri nizkih temperaturah
(1) Makroskopski
Značilne spremembe litij-ionske baterije pri nizki temperaturi so naslednje: z nenehnim zniževanjem temperature se ohmski upor in polarizacijski upor povečata v različnih stopnjah; Napetost praznjenja litij-ionske baterije je nižja od normalne temperature. Pri polnjenju in praznjenju pri nizki temperaturi njegova delovna napetost naraste ali pade hitreje kot pri normalni temperaturi, kar povzroči znatno zmanjšanje njegove največje uporabne zmogljivosti in moči.
(2) Mikroskopsko
Spremembe zmogljivosti litij-ionskih baterij pri nizkih temperaturah so predvsem posledica vpliva naslednjih pomembnih dejavnikov. Ko je temperatura okolja nižja od -20 ℃, se tekoči elektrolit strdi, njegova viskoznost močno naraste, njegova ionska prevodnost pa se zmanjša. Difuzija litijevega iona v materialih pozitivnih in negativnih elektrod je počasna; Litijev ion je težko razsolvirati, njegov prenos v filmu SEI pa je počasen, impedanca prenosa naboja pa se poveča. Težava z litijevim dendritom je še posebej izrazita pri nizkih temperaturah.
2, Za rešitev nizkotemperaturne zmogljivosti litij-ionskih baterij
Načrtujte nov sistem elektrolitske tekočine, ki ustreza okolju z nizko temperaturo; Izboljšajte strukturo pozitivne in negativne elektrode, da pospešite hitrost prenosa in skrajšate razdaljo prenosa; Kontrolirajte pozitivni in negativni vmesnik trdnega elektrolita za zmanjšanje impedance.
(1) elektrolitski dodatki
Na splošno je uporaba funkcionalnih dodatkov eden najučinkovitejših in najvarčnejših načinov za izboljšanje zmogljivosti baterije pri nizkih temperaturah in pomoč pri oblikovanju idealnega filma SEI. Trenutno so glavne vrste aditivov aditivi na osnovi izocianata, aditivi na osnovi žvepla, ionski tekoči aditivi in anorganski aditivi litijeve soli.
Na primer, aditivi na osnovi žvepla z dimetil sulfitom (DMS) z ustrezno redukcijsko aktivnostjo in ker so njegovi redukcijski produkti in vezava litijevega iona šibkejši od vinil sulfata (DTD), bo ublažitev uporabe organskih aditivov povečala impedanco vmesnika, da se zgradi stabilnejša in boljša ionska prevodnost vmesniškega filma negativne elektrode. Sulfitni estri, ki jih predstavlja dimetil sulfit (DMS), imajo visoko dielektrično konstanto in široko delovno temperaturno območje.
(2) Topilo elektrolita
Tradicionalni elektrolit litij-ionske baterije je raztapljanje 1 mol litijevega heksafluorofosfata (LiPF6) v mešanem topilu, kot so EC, PC, VC, DMC, metil etil karbonat (EMC) ali dietil karbonat (DEC), kjer je sestava topilo, tališče, dielektrična konstanta, viskoznost in združljivost z litijevo soljo resno vplivajo na delovno temperaturo baterije. Trenutno je komercialni elektrolit enostavno strditi, če ga nanesemo v okolje z nizko temperaturo -20 ℃ in nižje, zaradi nizke dielektrične konstante je težko disociirati litijevo sol, viskoznost pa je previsoka, da bi bila notranja odpornost baterije nizka. napetostna platforma. Litij-ionske baterije imajo lahko boljše delovanje pri nizkih temperaturah z optimizacijo obstoječega razmerja topil, na primer z optimizacijo formulacije elektrolita (EC:PC:EMC=1:2:7), tako da ima negativna elektroda TiO2(B)/grafen A zmogljivost ~240 mA h g-1 pri -20 ℃ in 0,1 A g-1 gostota toka. Ali razviti nova nizkotemperaturna elektrolitska topila. Slabo delovanje litij-ionskih baterij pri nizkih temperaturah je v glavnem povezano s počasnim raztapljanjem Li+ med procesom vdelave Li+ v material elektrode. Izberemo lahko snovi z nizko vezno energijo med Li+ in molekulami topila, kot je 1,3-dioksopentilen (DIOX), in nanometrski litijev titanat se uporabi kot elektrodni material za sestavljanje testa baterije za kompenzacijo zmanjšanega difuzijskega koeficienta elektrodnega materiala pri ultra nizkih temperaturah, da se doseže boljša učinkovitost pri nizkih temperaturah.
(3) litijeva sol
Trenutno ima komercialni ion LiPF6 visoko prevodnost, visoke zahteve po vlagi v okolju, slabo toplotno stabilnost in slabe pline, kot je HF v reakciji z vodo, je enostavno povzročiti nevarnosti za varnost. Film trdnega elektrolita, ki ga proizvaja litijev difluoroksalat borat (LiODFB), je dovolj stabilen in ima boljšo zmogljivost pri nizkih temperaturah in višjo hitrost. To je zato, ker ima LiODFB prednosti litijevega dioksalat borata (LiBOB) in LiBF4.
3. Povzetek
Na delovanje litij-ionskih baterij pri nizkih temperaturah bodo vplivali številni vidiki, kot so materiali elektrod in elektroliti. Celovita izboljšava z več vidikov, kot so materiali elektrod in elektrolit, lahko spodbuja uporabo in razvoj litij-ionskih baterij, obeti uporabe litijevih baterij pa so dobri, vendar je treba tehnologijo razviti in izpopolniti v nadaljnjih raziskavah.
Čas objave: 27. julij 2023