Met de snelle ontwikkeling van elektrische voertuigen wereldwijd heeft de marktomvang van elektrische voertuigen in 2020 een waarde van $1 biljoen bereikt en zal deze in de toekomst met meer dan 20% per jaar blijven groeien. Omdat elektrische voertuigen een belangrijk transportmiddel zijn, zullen de prestatie-eisen voor accu's steeds hoger worden, en de impact van batterijverval op de prestaties van accu's in omgevingen met lage temperaturen mag niet worden genegeerd. De belangrijkste redenen voor het verval van de batterij in omgevingen met lage temperaturen zijn: Ten eerste beïnvloedt de lage temperatuur de kleine interne weerstand van de batterij, is het thermische diffusiegebied groot en neemt de interne weerstand van de batterij toe. Ten tweede is de batterij binnen en buiten de ladingsoverdrachtscapaciteit slecht, de vervorming van de batterij zal optreden als de lokale onomkeerbare polarisatie optreedt. Ten derde is de lage temperatuur van de moleculaire beweging van het elektrolyt langzaam en moeilijk te verspreiden in de tijd wanneer de temperatuur stijgt. Daarom is het verval van de batterij bij lage temperaturen ernstig, wat resulteert in een ernstige verslechtering van de batterijprestaties.
1. De status van de batterijtechnologie bij lage temperaturen
De technische en materiële prestatie-eisen van lithium-ionbatterijen die bij lage temperaturen zijn vervaardigd, zijn hoog. De ernstige achteruitgang van de prestaties van een lithium-ionbatterij bij lage temperaturen is te wijten aan de toename van de interne weerstand, wat leidt tot problemen met de diffusie van elektrolyten en een kortere levensduur van de celcyclus. Daarom heeft het onderzoek naar batterijtechnologie bij lage temperaturen de afgelopen jaren enige vooruitgang geboekt. Traditionele lithium-ionbatterijen voor hoge temperaturen presteren slecht bij hoge temperaturen en hun prestaties zijn nog steeds onstabiel onder omstandigheden bij lage temperaturen; groot aantal lagetemperatuurcellen, lage capaciteit en slechte cyclusprestaties bij lage temperaturen; polarisatie is aanzienlijk sterker bij lage temperatuur dan bij hoge temperatuur; verhoogde viscositeit van elektrolyt bij lage temperatuur leidt tot een vermindering van het aantal laad-/ontlaadcycli; verminderde veiligheid van cellen en verminderde levensduur van de batterij bij lage temperaturen; en verminderde prestaties bij gebruik bij lage temperaturen. Bovendien hebben de korte levensduur van de batterij bij lage temperaturen en de veiligheidsrisico's van cellen bij lage temperaturen nieuwe eisen gesteld aan de veiligheid van krachtbatterijen. Daarom is de ontwikkeling van stabiele, veilige, betrouwbare batterijmaterialen met een lange levensduur voor omgevingen met lage temperaturen de focus van onderzoek naar lithium-ionbatterijen bij lage temperaturen. Momenteel zijn er verschillende lithium-ionbatterijmaterialen voor lage temperaturen: (1) lithiummetaalanodematerialen: lithiummetaal wordt veel gebruikt in elektrische voertuigen vanwege de hoge chemische stabiliteit, hoge elektrische geleidbaarheid en laad- en ontlaadprestaties bij lage temperaturen; (2) koolstofanodematerialen worden op grote schaal gebruikt in elektrische voertuigen vanwege hun goede hittebestendigheid, cyclusprestaties bij lage temperaturen, lage elektrische geleidbaarheid en levensduur bij lage temperaturen bij lage temperaturen; (3) Koolstofanodematerialen worden veel gebruikt in elektrische voertuigen vanwege hun goede hittebestendigheid, cyclusprestaties bij lage temperaturen, lage elektrische geleidbaarheid en levensduur bij lage temperaturen. in; (3) organische elektrolyten presteren goed bij lage temperaturen; (4) polymeerelektrolyten: moleculaire ketens van polymeren zijn relatief kort en hebben een hoge affiniteit; (5) anorganische materialen: anorganische polymeren hebben goede prestatieparameters (geleidingsvermogen) en goede compatibiliteit tussen elektrolytactiviteit; (6) er zijn minder metaaloxiden; (7) anorganische materialen: anorganische polymeren, enz.
2. Het effect van een omgeving met lage temperaturen op de lithiumbatterij
De levensduur van lithiumbatterijen hangt voornamelijk af van het ontladingsproces, terwijl lage temperaturen een factor zijn die een grotere impact heeft op de levensduur van lithiumproducten. Normaal gesproken zal het oppervlak van de batterij bij lage temperaturen een faseverandering ondergaan, waardoor schade aan de oppervlaktestructuur ontstaat, wat gepaard gaat met een vermindering van de capaciteit en de celcapaciteit. Bij hoge temperaturen wordt er gas in de cel gegenereerd, wat de thermische diffusie versnelt; bij lage temperaturen kan gas niet op tijd worden ontladen, waardoor de faseverandering van batterijvloeistof wordt versneld; hoe lager de temperatuur, hoe meer gas er wordt gegenereerd en hoe langzamer de faseverandering van de batterijvloeistof. Daarom is de interne materiaalverandering van de batterij drastischer en complexer bij lage temperaturen, en is het gemakkelijker om gassen en vaste stoffen in het batterijmateriaal te genereren; tegelijkertijd zal de lage temperatuur leiden tot een reeks destructieve reacties, zoals onomkeerbare breuk van chemische bindingen op het grensvlak tussen het kathodemateriaal en de elektrolyt; het zal ook leiden tot een vermindering van de zelfassemblage van elektrolyten en de levensduur van de cyclus; het vermogen om lading van lithiumionen naar de elektrolyt over te dragen zal worden verminderd; het laad- en ontlaadproces zal een reeks kettingreacties veroorzaken, zoals het polarisatiefenomeen tijdens de ladingsoverdracht van lithiumionen, het verval van de batterijcapaciteit en het vrijkomen van interne stress, wat de levensduur en de energiedichtheid van lithiumionbatterijen en andere functies beïnvloedt. Hoe lager de temperatuur bij lage temperatuur, hoe intenser en complexer de verschillende destructieve reacties, zoals redoxreactie op het batterijoppervlak, thermische diffusie, faseverandering in de cel en zelfs volledige vernietiging. Dit zal op zijn beurt een reeks kettingreacties veroorzaken, zoals elektrolytreacties. zelfassemblage, hoe langzamer de reactiesnelheid, hoe ernstiger het verval van de batterijcapaciteit en hoe slechter het migratievermogen van de lithiumionlading bij hoge temperaturen.
3. Lage temperatuur over de voortgang van de onderzoeksvooruitzichten op het gebied van lithiumbatterijtechnologie
In een omgeving met lage temperaturen worden de veiligheid, de levensduur en de celtemperatuurstabiliteit van de batterij beïnvloed, en de impact van lage temperaturen op de levensduur van lithiumbatterijen kan niet worden genegeerd. Op dit moment heeft het onderzoek en de ontwikkeling van batterijtechnologie bij lage temperaturen, waarbij gebruik wordt gemaakt van diafragma-, elektrolyt-, positieve en negatieve elektrodematerialen en andere methoden, enige vooruitgang geboekt. In de toekomst zou de ontwikkeling van lithiumbatterijtechnologie bij lage temperaturen moeten worden verbeterd op basis van de volgende aspecten: (1) de ontwikkeling van materiaalsystemen voor lithiumbatterijen met hoge energiedichtheid, lange levensduur, lage demping, kleine afmetingen en lage kosten bij lage temperaturen ; (2) voortdurende verbetering van de interne weerstandscontrole van de batterij door middel van constructief ontwerp en materiaalvoorbereidingstechnologie; (3) bij de ontwikkeling van goedkope lithiumbatterijsystemen met hoge capaciteit moet aandacht worden besteed aan elektrolytadditieven, lithiumionen en anode- en kathode-interface en intern actief materiaal en andere belangrijke factoren die van invloed zijn; (4) het verbeteren van de prestaties van de batterijcyclus (specifieke energie opladen en ontladen), de thermische stabiliteit van de batterij bij lage temperaturen, de veiligheid van lithiumbatterijen bij lage temperaturen en andere ontwikkelingsrichtingen voor batterijtechnologie; (5) het ontwikkelen van hoge veiligheidsprestaties, hoge kosten en goedkope energiebatterijsysteemoplossingen bij lage temperaturen; (6) batterijgerelateerde producten voor lage temperaturen ontwikkelen en de toepassing ervan bevorderen; (7) hoogwaardige batterijmaterialen en apparaattechnologie ontwikkelen die bestand zijn tegen lage temperaturen.
Natuurlijk zijn er naast de bovenstaande onderzoeksrichtingen ook veel onderzoeksrichtingen om de batterijprestaties onder lage temperatuuromstandigheden verder te verbeteren, de energiedichtheid van batterijen bij lage temperaturen te verbeteren, de degradatie van de batterij in omgevingen met lage temperaturen te verminderen, de levensduur van de batterij te verlengen en ander onderzoek voortgang; maar de belangrijker vraag is hoe hoge prestaties, hoge veiligheid, lage kosten, groot bereik, lange levensduur en goedkope commercialisering van batterijen onder lage temperatuuromstandigheden kunnen worden bereikt. Het onderzoek moet zich richten op het doorbreken en oplossen van het probleem.
Posttijd: 22 november 2022