Защо капацитетът на литиевата батерия става по-нисък през зимата?
Sep 03, 2023
Литиево-йонните батерии са широко използвани поради техния дълъг живот, голям специфичен капацитет и липса на ефект на паметта, откакто са навлезли на пазара. Използването на литиево-йонни батерии при ниска температура има проблеми като нисък капацитет, силно затихване, лоша производителност на скоростта на цикъла, очевидно утаяване на литий и небалансирана деинтеркалация на литий. Въпреки това, с непрекъснатото разширяване на полетата на приложение, ограниченията, породени от лошата производителност при ниски температури на литиево-йонните батерии, стават все по-очевидни.
Според докладите капацитетът на разреждане на литиево-йонните батерии при -20 градуса е само около 31,5 процента от този при стайна температура. Работната температура на традиционните литиево-йонни батерии е между -20 и плюс 55 градуса. Въпреки това, в космическата индустрия, военната индустрия, електрическите превозни средства и други области, батериите трябва да работят нормално при -40 градуса. Поради това е от голямо значение да се подобрят нискотемпературните свойства на литиево-йонните батерии.
Фактори, ограничаващи нискотемпературната работа на литиево-йонните батерии
В среда с ниска температура вискозитетът на електролита се увеличава и дори частично се втвърдява, което води до намаляване на проводимостта на литиево-йонната батерия.
В среда с ниска температура съвместимостта между електролита, отрицателния електрод и сепаратора става лоша.
Литият се утаява сериозно от отрицателния електрод на литиево-йонната батерия в среда с ниска температура и утаеният метален литий реагира с електролита и отлагането на неговия продукт води до увеличаване на дебелината на интерфейса на твърдия електролит (SEI) .
В среда с ниска температура дифузионната система на литиево-йонните батерии в активния материал намалява и съпротивлението на пренос на заряд (Rct) се увеличава значително.
Дискусия относно определящите фактори, влияещи върху ниските температури на литиево-йонните батерии
Експертно мнение 1: Електролитът има най-голямо влияние върху нискотемпературните характеристики на литиево-йонните батерии, а съставът и физичните и химичните свойства на електролита оказват важно влияние върху нискотемпературните характеристики на батерията. Проблемът, пред който е изправен цикълът на батерията при ниска температура, е: вискозитетът на електролита ще се увеличи, скоростта на йонна проводимост ще се забави и скоростта на миграция на електрони на външната верига няма да съвпада. Следователно батерията ще бъде силно поляризирана и капацитетът за зареждане и разреждане рязко ще намалее. Особено при зареждане при ниска температура, литиевите йони могат лесно да образуват литиеви дендрити на повърхността на отрицателния електрод, което води до повреда на батерията.
Нискотемпературните характеристики на електролита са тясно свързани с проводимостта на самия електролит. Електролитът с висока проводимост може да предава йони по-бързо и може да упражнява повече капацитет при ниски температури. Колкото повече дисоциирани литиеви соли са в електролита, толкова повече са миграционните числа и по-висока е проводимостта. Колкото по-висока е проводимостта, толкова по-бърза е скоростта на йонна проводимост, толкова по-малка е поляризацията и толкова по-добра е производителността на батерията при ниска температура. Следователно, по-високата проводимост е необходимо условие за постигане на добра работа при ниски температури на литиево-йонните батерии.
Проводимостта на електролита е свързана със състава на електролита и намаляването на вискозитета на разтворителя е един от начините за увеличаване на проводимостта на електролита. Разтворител Добрата течливост на разтворителя при ниска температура е гаранцията за транспортиране на йони, а твърдият електролитен филм, образуван от електролита върху отрицателния електрод при ниска температура, също е ключът към проводимостта на литиевите йони, а RSEI е основният импеданс на литиево-йонни батерии в среда с ниска температура.
Експерт 2: Основният фактор, ограничаващ нискотемпературната производителност на литиево-йонните батерии, е рязко увеличеното съпротивление на дифузия Li plus при ниски температури, а не SEI филмът.
Нискотемпературни характеристики на катодни материали за литиево-йонни батерии
Нискотемпературни свойства на слоестите катодни материали
Слоестата структура, която не само има несравнимата производителност на скоростта на едномерния литиево-йонен дифузионен канал, но също така има структурната стабилност на триизмерния канал, е най-ранният търговски катоден материал за литиево-йонна батерия. Неговите представителни вещества са LiCoO2, Li(Co1-xNix)O2 и Li(Ni, Co, Mn)O2 и т.н.