In een omgeving met lage temperaturen zijn de prestaties van de lithium-ionbatterij niet ideaal.Wanneer veelgebruikte lithium-ionbatterijen bij -10 °C werken, zal hun maximale laad- en ontlaadcapaciteit en klemspanning aanzienlijk worden verminderd in vergelijking met normale temperaturen [6]. Wanneer de ontladingstemperatuur daalt tot -20 °C, zal de beschikbare capaciteit afnemen. zelfs worden teruggebracht tot 1/3 bij kamertemperatuur van 25 ° C, wanneer de ontladingstemperatuur lager is, kunnen sommige lithiumbatterijen niet eens activiteiten opladen en ontladen, waardoor ze in een "dode batterij" -toestand terechtkomen.
1, De kenmerken van lithium-ionbatterijen bij lage temperaturen
(1) Macroscopisch
De karakteristieke veranderingen van een lithium-ionbatterij bij lage temperaturen zijn als volgt: met de voortdurende temperatuurdaling nemen de ohmse weerstand en de polarisatieweerstand in verschillende mate toe;De ontlaadspanning van de lithium-ionbatterij is lager dan die bij normale temperatuur.Bij het opladen en ontladen bij lage temperaturen stijgt of daalt de bedrijfsspanning sneller dan die bij normale temperaturen, wat resulteert in een aanzienlijke afname van de maximaal bruikbare capaciteit en het maximale vermogen.
(2) Microscopisch
De prestatieveranderingen van lithium-ionbatterijen bij lage temperaturen zijn voornamelijk te wijten aan de invloed van de volgende belangrijke factoren.Wanneer de omgevingstemperatuur lager is dan -20℃, stolt de vloeibare elektrolyt, neemt de viscositeit scherp toe en neemt de ionische geleidbaarheid af.De diffusie van lithiumionen in positieve en negatieve elektrodematerialen is langzaam;Lithiumion is moeilijk te desolvateren en de transmissie ervan in SEI-film is langzaam en de impedantie van de ladingsoverdracht neemt toe.Het lithiumdendrietprobleem is vooral prominent bij lage temperaturen.
2, om de lage temperatuurprestaties van lithium-ionbatterijen op te lossen
Ontwerp een nieuw elektrolytisch vloeistofsysteem om te voldoen aan de lage temperatuuromgeving;Verbeter de positieve en negatieve elektrodestructuur om de transmissiesnelheid te versnellen en de transmissieafstand te verkorten;Controleer de positieve en negatieve vaste-elektrolytinterface om de impedantie te verminderen.
(1) elektrolytadditieven
Over het algemeen is het gebruik van functionele additieven een van de meest effectieve en economische manieren om de prestaties van de batterij bij lage temperaturen te verbeteren en de ideale SEI-film te helpen vormen.Momenteel zijn de belangrijkste soorten additieven op isocyanaat gebaseerde additieven, op zwavel gebaseerde additieven, ionische vloeibare additieven en anorganische lithiumzoutadditieven.
Op zwavel gebaseerde additieven op basis van dimethylsulfiet (DMS), met de juiste reducerende activiteit, en omdat de reductieproducten en de binding van lithiumionen zwakker zijn dan die van vinylsulfaat (DTD), zal het verlichten van het gebruik van organische additieven de interface-impedantie vergroten, om een stabielere en betere ionische geleidbaarheid van de negatieve elektrode-interfacefilm.De sulfietesters voorgesteld door dimethylsulfiet (DMS) hebben een hoge diëlektrische constante en een breed bedrijfstemperatuurbereik.
(2) Het oplosmiddel van de elektrolyt
De traditionele lithium-ionbatterij-elektrolyt is om 1 mol lithiumhexafluorfosfaat (LiPF6) op te lossen in een gemengd oplosmiddel, zoals EC, PC, VC, DMC, methylethylcarbonaat (EMC) of diethylcarbonaat (DEC), waarbij de samenstelling van het oplosmiddel, het smeltpunt, de diëlektrische constante, de viscositeit en de compatibiliteit met lithiumzout zullen de bedrijfstemperatuur van de batterij ernstig beïnvloeden.Momenteel is de commerciële elektrolyt gemakkelijk te stollen wanneer toegepast op de lage temperatuuromgeving van -20 ℃ en lager, de lage diëlektrische constante maakt het lithiumzout moeilijk te dissociëren en de viscositeit is te hoog om de interne weerstand van de batterij te vergroten en laag te maken. spanning platform.Lithium-ionbatterijen kunnen betere prestaties bij lage temperaturen leveren door de bestaande oplosmiddelverhouding te optimaliseren, bijvoorbeeld door de elektrolytformulering (EC:PC:EMC=1:2:7) te optimaliseren, zodat de TiO2(B)/grafeen-negatieve elektrode een A heeft. capaciteit van ~240 mAh h g-1 bij -20℃ en 0,1 A g-1 stroomdichtheid.Of ontwikkel nieuwe elektrolytoplosmiddelen op lage temperatuur.De slechte prestaties van lithium-ionbatterijen bij lage temperaturen houden voornamelijk verband met de langzame desolvatie van Li+ tijdens het proces van Li+-inbedding in het elektrodemateriaal.Stoffen met een lage bindingsenergie tussen Li+ en oplosmiddelmoleculen, zoals 1, 3-dioxopentyleen (DIOX), kunnen worden geselecteerd, en lithiumtitanaat op nanoschaal wordt gebruikt als elektrodemateriaal om de batterijtest samen te stellen om de verminderde diffusiecoëfficiënt van de batterij te compenseren. elektrodemateriaal bij ultralage temperaturen, om betere prestaties bij lage temperaturen te bereiken.
(3) lithiumzout
Momenteel heeft het commerciële LiPF6-ion een hoge geleidbaarheid, hoge vochtvereisten in de omgeving, slechte thermische stabiliteit en slechte gassen zoals HF in waterreacties die gemakkelijk veiligheidsrisico's veroorzaken.De vaste elektrolytfilm geproduceerd door lithiumdifluorxalaatboraat (LiODFB) is stabiel genoeg en heeft betere prestaties bij lage temperaturen en hogere prestaties.Dit komt omdat LiODFB de voordelen heeft van zowel lithiumdioxalaatboraat (LiBOB) als LiBF4.
3. Samenvatting
De prestaties van lithium-ionbatterijen bij lage temperaturen worden beïnvloed door vele aspecten, zoals elektrodematerialen en elektrolyten.Alomvattende verbeteringen vanuit meerdere perspectieven, zoals elektrodematerialen en elektrolyt, kunnen de toepassing en ontwikkeling van lithium-ionbatterijen bevorderen, en het toepassingsperspectief van lithiumbatterijen is goed, maar de technologie moet in verder onderzoek worden ontwikkeld en geperfectioneerd.
Posttijd: 27 juli 2023