Sedert litium-ioonbatterye die mark betree het, is dit wyd gebruik as gevolg van hul voordele van lang lewe, groot spesifieke kapasiteit en geen geheue-effek nie. Lae-temperatuur gebruik van litium-ioon batterye het probleme soos lae kapasiteit, ernstige verswakking, swak siklus tempo werkverrigting, ooglopende litium afsetting, en ongebalanseerde litium ekstraksie. Met die voortdurende uitbreiding van toepassingsvelde word die beperkings wat veroorsaak word deur die swak lae-temperatuur werkverrigting van litium-ioon batterye egter meer en meer duidelik.

Volgens berigte is die ontladingskapasiteit van litiumioonbatterye by -20°C slegs sowat 31.5% van dié by kamertemperatuur. Die bedryfstemperatuur van tradisionele litiumioonbatterye is tussen -20 en +55 °C. In die velde van lugvaart, militêre industrie, elektriese voertuie, ens., moet die battery egter normaalweg by -40°C werk. Daarom is dit van groot belang om die lae-temperatuur eienskappe van Li-ioon batterye te verbeter.

Faktore wat lae-temperatuur-prestasie van Li-ioon-batterye beperk

In ‘n lae temperatuur omgewing, verhoog die viskositeit van die elektroliet en selfs gedeeltelik stol, wat lei tot ‘n afname in die geleidingsvermoë van litium-ioon batterye.

Die verenigbaarheid tussen die elektroliet en die negatiewe elektrode en die skeier word swak in ‘n lae temperatuur omgewing.

Die negatiewe elektrode van litium-ioonbattery het ernstige litiumneerslag onder ‘n lae temperatuur omgewing, en die gepresipiteerde metaallitium reageer met die elektroliet, en die produkafsetting daarvan lei tot ‘n toename in die dikte van die vastestof-elektroliet-koppelvlak (SEI).

In ‘n lae temperatuur omgewing neem die diffusiestelsel van Li-ioonbatterye in die aktiewe materiaal af, en die ladingoordragweerstand (Rct) neem aansienlik toe.

Bespreking oor faktore wat lae temperatuur prestasie van Li-ioon batterye beïnvloed

Deskundige mening 1: Die elektroliet het die grootste impak op die lae-temperatuur werkverrigting van litium-ioon batterye, en die samestelling en fisies-chemiese eienskappe van die elektroliet het ‘n belangrike impak op die lae-temperatuur werkverrigting van die battery. Die probleme waarmee die batterysiklus by lae temperatuur te kampe is, is: die viskositeit van die elektroliet sal toeneem, en die ioongeleidingspoed sal stadiger word, wat lei tot die wanpassing van die elektronmigrasiespoed van die eksterne stroombaan, dus is die battery erg gepolariseer, en die laai- en ontladingskapasiteit word skerp verminder. Veral wanneer dit teen lae temperatuur gelaai word, vorm litiumione maklik litiumdendriete op die oppervlak van die negatiewe elektrode, wat lei tot batteryonderbreking.

Die lae temperatuur prestasie van die elektroliet is nou verwant aan die grootte van die geleidingsvermoë van die elektroliet self. Die elektroliet met hoë geleidingsvermoë dra ione vinnig oor en kan meer kapasiteit by lae temperatuur uitoefen. Hoe meer gedissosieer die litiumsout in die elektroliet, hoe hoër is die aantal migrasies en hoe hoër is die geleidingsvermoë. Hoe hoër die elektriese geleidingsvermoë, hoe vinniger is die ioongeleidingstempo, hoe minder is die polarisasie, en hoe beter is die werkverrigting van die battery by lae temperatuur. Daarom is hoër elektriese geleidingsvermoë ‘n noodsaaklike voorwaarde om goeie lae-temperatuur werkverrigting van litium-ioon batterye te bereik.

Die geleidingsvermoë van die elektroliet hou verband met die samestelling van die elektroliet, en die vermindering van die viskositeit van die oplosmiddel is een van die maniere om die geleidingsvermoë van die elektroliet te verbeter. Die goeie vloeibaarheid van die oplosmiddel by lae temperatuur is die waarborg van ioonvervoer, en die soliede elektrolietfilm wat deur die elektroliet by die negatiewe elektrode by lae temperatuur gevorm word, is ook die sleutel om die geleiding van litiumione te beïnvloed, en RSEI is die hoofimpedansie van litiumioonbatterye in lae temperatuur omgewings.

Deskundige 2: Die belangrikste faktor wat die lae temperatuur werkverrigting van litium-ioon batterye beperk, is die skerp verhoogde Li+ diffusie weerstand by lae temperature, nie die SEI film nie.

Lae temperatuur eienskappe van katode materiale vir litiumioon batterye

1. Lae temperatuur eienskappe van gelaagde katode materiale

Die gelaagde struktuur het nie net die onvergelykbare tempo-prestasie van eendimensionele litiumioondiffusiekanale nie, maar het ook die strukturele stabiliteit van driedimensionele kanale. Dit is die vroegste kommersiële katodemateriaal vir litiumioonbatterye. Die verteenwoordigende stowwe daarvan is LiCoO2, Li(Co1-xNix)O2 en Li(Ni, Co, Mn)O2 ensovoorts.

Xie Xiaohua et al. het LiCoO2/MCMB as die navorsingsobjek geneem en sy lae-temperatuur lading-ontlading eienskappe getoets.

Die resultate toon dat met die afname van temperatuur, die afvoerplatform van 3.762V (0°C) tot 3.207V (–30°C) daal; die totale batterykapasiteit neem ook skerp af van 78.98mA·h (0°C) tot 68.55mA·h (–30°C).

2. Lae-temperatuur eienskappe van spinel-gestruktureerde katode materiale

Die spinelstruktuur LiMn2O4 katode materiaal het die voordele van lae koste en nie-toksisiteit omdat dit nie Co element bevat nie.

Die valensveranderlikheid van Mn en die Jahn-Teller effek van Mn3+ lei egter tot die strukturele onstabiliteit en swak omkeerbaarheid van hierdie komponent.

Peng Zhengshun et al. het daarop gewys dat verskillende voorbereidingsmetodes ‘n groot invloed op die elektrochemiese werkverrigting van LiMn2O4-katodemateriale het. Neem Rct as ‘n voorbeeld: die Rct van LiMn2O4 gesintetiseer deur ‘n hoë temperatuur vaste-fase metode is aansienlik hoër as dié van sol-gel metode, en hierdie verskynsel word nie deur litiumione beïnvloed nie. Die diffusiekoëffisiënt word ook weerspieël. Die rede is dat verskillende sintesemetodes groot invloed op die kristalliniteit en morfologie van die produkte het.

3. Lae temperatuur eienskappe van katode materiale van fosfaat sisteem

As gevolg van sy uitstekende volume stabiliteit en veiligheid, het LiFePO4, tesame met ternêre materiale, die hoofliggaam van huidige kragbattery-katodemateriale geword. Die swak lae temperatuur werkverrigting van litium yster fosfaat is hoofsaaklik omdat die materiaal self ‘n isolator is, met lae elektroniese geleidingsvermoë, swak litiumioon diffusiwiteit en swak geleidingsvermoë by lae temperatuur, wat die interne weerstand van die battery verhoog, wat grootliks beïnvloed word deur polarisasie, en die batterylading en -ontlading word belemmer. Daarom is die lae temperatuur Prestasie nie ideaal nie.

Wanneer die lading-ontladingsgedrag van LiFePO4 by lae temperatuur bestudeer word, het Gu Yijie et al. gevind dat sy coulombiese doeltreffendheid onderskeidelik van 100% by 55°C tot 96% by 0°C en 64% by -20°C gedaal het; die ontladingsspanning het van 3.11V by 55°C afgeneem. Verminder tot 2.62V by –20°C.

Xing et al. het LiFePO4 met nanokoolstof gemodifiseer en gevind dat na toevoeging van nanokoolstofgeleidende middel, die elektrochemiese werkverrigting van LiFePO4 minder sensitief was vir temperatuur, en die laetemperatuurprestasie is verbeter; die ontladingsspanning van gemodifiseerde LiFePO4 het toegeneem van 3.40 by 25 °CV-dalings tot 3.09V by –25°C, ‘n afname van slegs 9.12%; en sy seldoeltreffendheid by –25°C is 57.3%, wat hoër is as 53.4% sonder nano-koolstofgeleidende middel.

Onlangs het LiMnPO4 baie belangstelling gelok. Die studie het bevind dat LiMnPO4 die voordele van hoë potensiaal (4.1V), geen besoedeling, lae prys en groot spesifieke kapasiteit (170mAh/g) inhou. As gevolg van die laer ioniese geleidingsvermoë van LiMnPO4 as LiFePO4, word Fe egter dikwels gebruik om Mn gedeeltelik te vervang om LiMn0.8Fe0.2PO4 vaste oplossing in die praktyk te vorm.

Lae temperatuur eienskappe van anode materiale vir litiumioon batterye

In vergelyking met die positiewe elektrodemateriaal, is die lae temperatuur agteruitgang van die negatiewe elektrodemateriaal van litiumioonbattery ernstiger, hoofsaaklik om die volgende drie redes:

Wanneer dit teen lae temperatuur en hoë tempo laai en ontlaai word, is die battery ernstig gepolariseer, en ‘n groot hoeveelheid metaallitium word op die oppervlak van die negatiewe elektrode neergelê, en die reaksieproduk van metaallitium en elektroliet het oor die algemeen nie geleidingsvermoë nie;

Vanuit ‘n termodinamiese oogpunt bevat die elektroliet ‘n groot aantal polêre groepe soos CO en CN, wat met die negatiewe elektrodemateriaal kan reageer, en die gevormde SEI-film is meer vatbaar vir lae temperatuur;

Die koolstofnegatiewe elektrode is moeilik om litium by lae temperatuur te interkaleer, en daar is asimmetriese lading en ontlading.

prentjie

Navorsing oor lae temperatuur elektroliet

Die elektroliet speel die rol om Li+ in litium-ioonbatterye te vervoer, en sy ioniese geleidingsvermoë en SEI-filmvormende eienskappe het ‘n beduidende impak op die lae-temperatuur werkverrigting van die battery. Daar is drie hoofaanwysers om die voor- en nadele van lae-temperatuur elektroliete te beoordeel: ioniese geleiding, elektrochemiese venster en elektrode reaktiwiteit. Die vlak van hierdie drie aanwysers hang in ‘n groot mate af van die samestellende materiale: oplosmiddel, elektroliet (litiumsout) en bymiddels. Daarom is die navorsing oor die lae temperatuur werkverrigting van elke deel van die elektroliet van groot belang vir die begrip en verbetering van die lae temperatuur werkverrigting van die battery.

In vergelyking met kettingkarbonate, het die lae temperatuur eienskappe van EC-gebaseerde elektroliete, sikliese karbonate ‘n kompakte struktuur, groot werkende krag en hoër smeltpunt en viskositeit. Die groot polariteit wat deur die ringstruktuur gebring word, maak egter dat dit dikwels ‘n groot diëlektriese konstante het. Die groot diëlektriese konstante, hoë ioniese geleidingsvermoë en uitstekende filmvormende eienskappe van EC-oplosmiddels verhoed effektief die samevoeging van oplosmiddelmolekules, wat hulle onontbeerlik maak. Daarom is die meeste van die algemeen gebruikte lae-temperatuur elektroliet stelsels gebaseer op EC, en dan gemeng Klein molekule oplosmiddel met ‘n lae smeltpunt.

Litiumsout is ‘n belangrike komponent van elektroliet. Litiumsout in die elektroliet kan nie net die ioniese geleidingsvermoë van die oplossing verbeter nie, maar ook die diffusieafstand van Li+ in die oplossing verminder. Oor die algemeen, hoe groter die konsentrasie Li+ in die oplossing, hoe groter is die ioniese geleidingsvermoë. Die konsentrasie van litiumione in die elektroliet is egter nie lineêr verwant aan die konsentrasie van litiumsoute nie, maar is parabolies. Dit is omdat die konsentrasie van litiumione in die oplosmiddel afhang van die sterkte van die dissosiasie en assosiasie van litiumsoute in die oplosmiddel.

Navorsing oor lae temperatuur elektroliet

Benewens die samestelling van die battery self, sal prosesfaktore in werklike werking ook ‘n groot impak op die werkverrigting van die battery hê.
(1) Voorbereidingsproses. Yaqub et al. het die effek van elektrodelading en laagdikte op die laetemperatuurverrigting van LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 /Graphite-batterye bestudeer en gevind dat in terme van kapasiteitbehoud, hoe kleiner die elektrodelading en hoe dunner die deklaag, hoe beter hoe laag temperatuur prestasie. .

(2) Staat van aanklag en ontslag. Petzl et al. het die effek van lae-temperatuur-lading-ontladingstoestand op batterysikluslewe bestudeer, en gevind dat wanneer die diepte van ontlading groot is, dit groter kapasiteitsverlies sal veroorsaak en die sikluslewe sal verminder.

(3) Ander faktore. Die oppervlakarea, porieëgrootte, elektrodedigtheid, benatbaarheid van die elektrode en elektroliet, en skeier, ens., beïnvloed almal die lae-temperatuur werkverrigting van litium-ioon batterye. Daarbenewens kan die invloed van materiaal- en prosesdefekte op die lae temperatuur prestasie van die battery nie geïgnoreer word nie.

Som

Om die lae-temperatuur werkverrigting van litium-ioon batterye te verseker, moet die volgende punte gedoen word:

(1) Vorm ‘n dun en digte SEI-film;

(2) Verseker dat Li+ ‘n groot diffusiekoëffisiënt in die aktiewe materiaal het;

(3) Die elektroliet het hoë ioniese geleidingsvermoë by lae temperatuur.

Daarbenewens kan die navorsing ook ‘n ander manier vind om na ‘n ander tipe litium-ioon-battery-alles-vaste-toestand litium-ioon-battery te kyk. In vergelyking met konvensionele litium-ioon-batterye, word verwag dat alle vaste toestand litium-ioon batterye, veral vol vaste toestand dun-film litium-ioon batterye, die probleem van kapasiteitsverval en siklusveiligheid heeltemal sal oplos wanneer batterye gebruik word by lae temperature. c