Sukad nga ang mga baterya sa lithium-ion misulod sa merkado, kini kaylap nga gigamit tungod sa ilang mga bentaha sa taas nga kinabuhi, dako nga piho nga kapasidad, ug walay epekto sa memorya. Ang ubos nga temperatura nga paggamit sa lithium-ion nga mga baterya adunay mga problema sama sa ubos nga kapasidad, seryoso nga attenuation, dili maayo nga cycle rate performance, klaro nga lithium deposition, ug dili balanse nga lithium extraction. Bisan pa, sa padayon nga pagpalapad sa mga natad sa aplikasyon, ang mga pagpugong nga gipahinabo sa dili maayo nga pasundayag sa ubos nga temperatura sa mga baterya sa lithium-ion nahimong labi ka klaro.

Sumala sa mga taho, ang kapasidad sa pagdiskarga sa mga baterya sa lithium-ion sa -20°C maoy mga 31.5% lamang niana sa temperatura sa lawak. Ang operating temperatura sa tradisyonal nga lithium-ion nga mga baterya anaa sa taliwala sa -20 ug +55 °C. Bisan pa, sa natad sa aerospace, industriya sa militar, mga de-koryenteng salakyanan, ug uban pa, ang baterya kinahanglan nga molihok nga normal sa -40 ° C. Busa, kini mao ang sa usa ka dako nga kamahinungdanon sa pagpalambo sa ubos nga temperatura kabtangan sa Li-ion baterya.

Mga Hinungdan nga Nagpugong sa Ubos nga Temperatura nga Pagganap sa Li-ion Baterya

Sa usa ka ubos nga temperatura nga palibot, ang viscosity sa electrolyte nagdugang ug bisan sa partially solidifies, nga miresulta sa pagkunhod sa conductivity sa lithium-ion nga mga baterya.

Ang pagkaangay tali sa electrolyte ug sa negatibo nga electrode ug ang separator mahimong kabus sa usa ka ubos nga temperatura palibot.

Ang negatibo nga electrode sa lithium-ion nga baterya adunay seryoso nga lithium precipitation ubos sa ubos nga temperatura nga palibot, ug ang precipitated metal lithium motubag sa electrolyte, ug ang deposition sa produkto niini mosangpot sa pagtaas sa gibag-on sa solid-electrolyte interface (SEI).

Sa ubos nga temperatura nga palibot, ang sistema sa pagsabwag sa mga baterya sa Li-ion sa aktibo nga materyal mikunhod, ug ang pagsukol sa pagbalhin sa singil (Rct) nga pagtaas sa kamahinungdanon.

Panaghisgot bahin sa mga Hinungdan nga Makaapektar sa Ubos nga Temperatura nga Pagpasundayag sa Li-ion Baterya

Opinyon sa eksperto 1: Ang electrolyte adunay pinakadako nga epekto sa ubos nga temperatura nga performance sa lithium-ion nga mga baterya, ug ang komposisyon ug physicochemical nga mga kabtangan sa electrolyte adunay importante nga epekto sa ubos nga temperatura nga performance sa baterya. Ang mga problema nga giatubang sa siklo sa baterya sa ubos nga temperatura mao ang: ang viscosity sa electrolyte motaas, ug ang ion conduction speed mahimong mas hinay, nga moresulta sa mismatch sa electron migration speed sa external circuit, mao nga ang baterya grabe nga polarized, ug ang kapasidad sa pag-charge ug pag-discharge mikunhod pag-ayo. Ilabi na kung nag-charge sa ubos nga temperatura, ang mga lithium ions dali nga maporma ang mga lithium dendrite sa nawong sa negatibo nga electrode, nga miresulta sa pagkapakyas sa baterya.

Ang ubos nga pasundayag sa temperatura sa electrolyte suod nga nalangkit sa gidak-on sa conductivity sa electrolyte mismo. Ang electrolyte nga adunay taas nga conductivity nagpadala sa mga ion nga dali ug mahimo’g magamit ang daghang kapasidad sa ubos nga temperatura. Ang labi nga dissociated nga lithium salt sa electrolyte, mas taas ang gidaghanon sa mga paglalin ug mas taas ang conductivity. Kon mas taas ang electrical conductivity, mas paspas ang ion conduction rate, mas gamay ang polarization, ug mas maayo ang performance sa baterya sa ubos nga temperatura. Busa, ang mas taas nga electrical conductivity usa ka kinahanglanon nga kondisyon aron makab-ot ang maayo nga ubos nga temperatura nga performance sa lithium-ion nga mga baterya.

Ang conductivity sa electrolyte nalangkit sa komposisyon sa electrolyte, ug ang pagkunhod sa viscosity sa solvent mao ang usa sa mga paagi sa pagpalambo sa conductivity sa electrolyte. Ang maayo nga fluidity sa solvent sa ubos nga temperatura mao ang garantiya sa ion transport, ug ang solid electrolyte film nga naporma sa electrolyte sa negatibo nga electrode sa ubos nga temperatura mao usab ang yawe sa pag-apektar sa conduction sa lithium ions, ug RSEI mao ang nag-unang impedance. sa lithium ion nga mga baterya sa ubos nga temperatura nga mga palibot.

Eksperto 2: Ang nag-unang hinungdan nga naglimite sa ubos nga temperatura nga performance sa lithium-ion nga mga baterya mao ang kusog nga pagtaas sa Li + diffusion resistance sa ubos nga temperatura, dili ang SEI film.

Ubos nga temperatura nga mga kabtangan sa mga materyales sa cathode alang sa mga baterya sa lithium ion

1. Ubos nga temperatura nga mga kabtangan sa layered cathode nga mga materyales

Ang layered nga istruktura dili lamang adunay dili hitupngan nga rate sa performance sa usa ka dimensyon nga lithium ion diffusion channels, apan adunay usab structural stability sa three-dimensional nga mga channel. Kini ang pinakauna nga komersyal nga cathode nga materyal alang sa lithium ion nga mga baterya. Ang representante nga mga substansiya niini mao ang LiCoO2, Li(Co1-xNix)O2 ug Li(Ni, Co, Mn)O2 ug uban pa.

Xie Xiaohua ug uban pa. mikuha sa LiCoO2/MCMB isip research object ug gisulayan ang ubos nga temperatura nga charge-discharge nga mga kinaiya.

Ang mga resulta nagpakita nga sa pagkunhod sa temperatura, ang discharge platform mikunhod gikan sa 3.762V (0°C) ngadto sa 3.207V (-30°C); ang kinatibuk-ang kapasidad sa baterya usab mikunhod pag-ayo gikan sa 78.98mA·h (0°C) ngadto sa 68.55mA·h (–30°C).

2. Ubos nga temperatura nga mga kinaiya sa spinel-structured cathode nga mga materyales

Ang spinel structure nga LiMn2O4 cathode nga materyal adunay mga bentaha sa mubu nga gasto ug dili makahilo tungod kay wala kini elemento sa Co.

Bisan pa, ang pagkabag-o sa valence sa Mn ug ang epekto sa Jahn-Teller sa Mn3 + nagdala sa pagkadili lig-on sa istruktura ug dili maayo nga pagbag-o sa kini nga sangkap.

Peng Zhengshun ug uban pa. mitudlo nga lain-laing mga paagi sa pagpangandam adunay usa ka dako nga impluwensya sa electrochemical performance sa LiMn2O4 cathode nga mga materyales. Pagkuha sa Rct ingon usa ka pananglitan: ang Rct sa LiMn2O4 nga gi-synthesize sa taas nga temperatura nga solid-phase nga pamaagi labi ka taas kaysa sa pamaagi sa sol-gel, ug kini nga panghitabo wala maapektuhan sa mga lithium ions. Gipakita usab ang diffusion coefficient. Ang hinungdan mao nga ang lainlaing mga pamaagi sa synthesis adunay daghang impluwensya sa pagkakristal ug morpolohiya sa mga produkto.

3. Ubos nga temperatura nga mga kinaiya sa cathode nga mga materyales sa phosphate nga sistema

Tungod sa maayo kaayo nga kalig-on ug kaluwasan sa gidaghanon, ang LiFePO4, uban sa mga ternary nga materyales, nahimong nag-unang lawas sa kasamtangan nga power battery cathode nga mga materyales. Ang kabus nga ubos nga temperatura nga performance sa lithium iron phosphate nag-una tungod kay ang materyal mismo niini usa ka insulator, nga adunay ubos nga electronic conductivity, dili maayo nga lithium ion diffusivity, ug dili maayo nga conductivity sa ubos nga temperatura, nga nagdugang sa internal nga pagsukol sa baterya, nga apektado kaayo sa polarization, ug ang battery charge ug discharge gibabagan. Busa, ang ubos nga temperatura Performance dili maayo.

Kung gitun-an ang pamatasan sa pag-charge sa LiFePO4 sa mubu nga temperatura, si Gu Yijie et al. nakit-an nga ang coulombic efficiency niini mikunhod gikan sa 100% sa 55 ° C ngadto sa 96% sa 0 ° C ug 64% sa -20 ° C, matag usa; ang discharge boltahe mikunhod gikan sa 3.11V sa 55 °C. Pagkunhod ngadto sa 2.62V sa -20 °C.

Xing ug uban pa. giusab ang LiFePO4 uban sa nanocarbon ug nakit-an nga human sa pagdugang sa nanocarbon conductive agent, ang electrochemical performance sa LiFePO4 dili kaayo sensitibo sa temperatura, ug ang ubos nga temperatura performance miuswag; ang boltahe sa discharge sa giusab nga LiFePO4 misaka gikan sa 3.40 sa 25 °CV mikunhod ngadto sa 3.09V sa –25°C, usa ka pagkunhod sa 9.12% lamang; ug ang cell efficiency niini sa –25°C mao ang 57.3%, nga mas taas kay sa 53.4% ​​​​nga walay nano-carbon conductive agent.

Karong bag-o, ang LiMnPO4 nakadani ug daghang interes. Nakaplagan sa pagtuon nga ang LiMnPO4 adunay mga bentaha sa taas nga potensyal (4.1V), walay polusyon, ubos nga presyo, ug dako nga espesipikong kapasidad (170mAh/g). Apan, tungod sa ubos nga ionic conductivity sa LiMnPO4 kay sa LiFePO4, Fe sagad gigamit sa partially ilisan Mn sa pagporma LiMn0.8Fe0.2PO4 solid solusyon sa praktis.

Ubos nga temperatura nga mga kabtangan sa anode nga mga materyales alang sa lithium ion nga mga baterya

Kung itandi sa positibo nga electrode nga materyal, ang ubos nga temperatura nga pagkadaot sa negatibo nga electrode nga materyal sa lithium ion nga baterya mas seryoso, nag-una sa mosunod nga tulo ka mga rason:

Kung nag-charge ug nag-discharge sa ubos nga temperatura ug taas nga rate, ang baterya seryoso nga polarized, ug usa ka dako nga kantidad sa metal lithium ang gibutang sa ibabaw sa negatibo nga electrode, ug ang reaksyon nga produkto sa metal lithium ug electrolyte sa kasagaran walay conductivity;

Gikan sa usa ka thermodynamic nga punto sa panglantaw, ang electrolyte naglangkob sa usa ka dako nga gidaghanon sa mga polar nga mga grupo sama sa CO ug CN, nga mahimong reaksiyon sa negatibo nga electrode materyal, ug ang naporma SEI pelikula mao ang mas delikado sa ubos nga temperatura;

Ang carbon negatibo nga electrode lisud nga intercalate lithium sa ubos nga temperatura, ug adunay asymmetric charge ug discharge.

hulagway

Pagtuon sa Ubos nga Temperatura Electrolyte

Ang electrolyte nagdula sa papel sa pagdala sa Li + sa lithium-ion nga mga baterya, ug ang ionic conductivity niini ug ang SEI film-forming properties adunay dakong epekto sa ubos nga temperatura nga performance sa baterya. Adunay tulo ka mga nag-unang indicators alang sa paghukom sa mga bentaha ug disbentaha sa ubos nga temperatura electrolytes: ionic conductivity, electrochemical bintana ug electrode reactivity. Ang lebel niining tulo ka mga indicators nagdepende sa dakong bahin sa mga sangkap niini: solvent, electrolyte (lithium salt), ug mga additives. Busa, ang panukiduki bahin sa mubu nga pasundayag sa temperatura sa matag bahin sa electrolyte hinungdanon kaayo alang sa pagsabut ug pagpaayo sa mubu nga pasundayag sa temperatura sa baterya.

Kung itandi sa chain carbonates, ang ubos nga temperatura nga mga kinaiya sa EC-based electrolytes, cyclic carbonates adunay compact structure, dako nga acting force, ug mas taas nga melting point ug viscosity. Bisan pa, ang dako nga polarity nga gidala sa istruktura sa singsing naghimo niini nga kanunay adunay usa ka dako nga kanunay nga dielectric. Ang dako nga dielectric nga makanunayon, taas nga ionic conductivity, ug maayo kaayo nga film-forming properties sa EC solvents epektibo nga makapugong sa co-insertion sa solvent molecules, nga naghimo kanila nga kinahanglanon. Busa, kadaghanan sa kasagarang gigamit nga ubos nga temperatura nga mga sistema sa electrolyte gibase sa EC, ug dayon gisagol ang Gagmay nga molekula nga solvent nga adunay ubos nga punto sa pagkatunaw.

Ang lithium nga asin usa ka importante nga bahin sa electrolyte. Lithium asin sa electrolyte dili lamang sa pagpalambo sa ionic conductivity sa solusyon, apan usab pagpakunhod sa diffusion gilay-on sa Li + sa solusyon. Sa kinatibuk-an, mas dako ang konsentrasyon sa Li+ sa solusyon, mas dako ang ionic conductivity. Bisan pa, ang konsentrasyon sa mga lithium ions sa electrolyte dili linearly nga may kalabutan sa konsentrasyon sa lithium salts, apan parabolic. Kini tungod kay ang konsentrasyon sa lithium ions sa solvent nagdepende sa kalig-on sa dissociation ug asosasyon sa lithium salts sa solvent.

Pagtuon sa Ubos nga Temperatura Electrolyte

Dugang pa sa komposisyon sa baterya mismo, ang mga hinungdan sa proseso sa aktuwal nga operasyon adunay dako usab nga epekto sa pasundayag sa baterya.
(1) Proseso sa pagpangandam. Yaqub ug uban pa. gitun-an ang epekto sa electrode load ug coating gibag-on sa ubos nga temperatura performance sa LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 / Graphite batteries ug nakit-an nga sa mga termino sa kapasidad retention, ang mas gamay nga electrode load ug ang thinner ang sapaw layer, ang mas maayo sa ubos. performance sa temperatura. .

(2) State of charge ug discharge. Petzl ug uban pa. gitun-an ang epekto sa ubos nga temperatura nga charge-discharge state sa battery cycle life, ug nakit-an nga kung ang giladmon sa discharge dako, kini makapahinabog mas dako nga pagkawala sa kapasidad ug makunhuran ang kinabuhi sa siklo.

(3) Ubang mga hinungdan. Ang ibabaw nga dapit, pore gidak-on, electrode density, wettability sa electrode ug electrolyte, ug separator, ug uban pa, ang tanan makaapekto sa ubos nga temperatura performance sa lithium-ion batteries. Dugang pa, ang impluwensya sa materyal ug mga depekto sa proseso sa ubos nga temperatura nga performance sa baterya dili mahimong ibaliwala.

I-summarize

Aron maseguro ang ubos nga temperatura nga performance sa lithium-ion nga mga baterya, ang mosunod nga mga punto kinahanglan nga buhaton:

(1) Pagporma og nipis ug dasok nga SEI film;

(2) Siguroha nga ang Li+ adunay dako nga diffusion coefficient sa aktibong materyal;

(3) Ang electrolyte adunay taas nga ionic conductivity sa ubos nga temperatura.

Dugang pa, ang panukiduki makapangita usab og laing paagi sa pagtan-aw sa laing matang sa lithium-ion battery-all-solid-state lithium-ion nga baterya. Kung itandi sa naandan nga lithium-ion nga mga baterya, ang tanan nga solid-state nga lithium-ion nga mga baterya, labi na ang tanan nga solid-state thin-film nga lithium-ion nga mga baterya, gilauman nga hingpit nga masulbad ang problema sa pagkadunot sa kapasidad ug kaluwasan sa siklo kung ang mga baterya gigamit sa ubos nga temperatura. c