Ós rud é go ndeachaigh cadhnraí litiam-ian isteach sa mhargadh, tá siad in úsáid go forleathan mar gheall ar a buntáistí a bhaineann le saol fada, cumas sonrach mór, agus gan aon éifeacht chuimhne. Tá fadhbanna ag baint le húsáid teocht íseal cadhnraí litiam-ian, mar shampla cumas íseal, maolú tromchúiseach, droch-fheidhmíocht ráta timthriall, sil-leagan soiléir litiam, agus eastóscadh litiam neamhchothrom. Mar sin féin, le leathnú leanúnach na réimsí iarratais, tá na srianta de bharr droch-fheidhmíocht íseal-teocht na gcadhnraí litiam-ian ag éirí níos soiléire agus níos mó.

De réir tuairiscí, níl acmhainn urscaoilte cadhnraí litiam-ian ag -20 ° C ach thart ar 31.5% de sin ag teocht an tseomra. Tá teocht oibriúcháin cadhnraí litiam-ian traidisiúnta idir -20 agus +55 °C. Mar sin féin, i réimsí aeraspáis, tionscail mhíleata, feithiclí leictreacha, etc., caithfidh an ceallraí oibriú de ghnáth ag -40 ° C. Dá bhrí sin, tá tábhacht mhór aige feabhas a chur ar airíonna íseal-teocht cadhnraí Li-ian.

Fachtóirí a Shrianann Feidhmíocht Teocht Íseal Cadhnraí Li-ian

I dtimpeallacht íseal teochta, méadaíonn slaodacht an leictrilít agus fiú solidifies go páirteach, rud a fhágann go laghdaítear seoltacht cadhnraí litiam-ian.

Éiríonn an comhoiriúnacht idir an leictrilít agus an leictreoid diúltach agus an deighilteoir bocht i dtimpeallacht íseal teochta.

Tá deascadh tromchúiseach litiam ag an leictreoid dhiúltach de cheallraí litiam-ian faoi thimpeallacht íseal-teocht, agus imoibríonn an litiam miotail deasctha leis an leictrilít, agus mar thoradh ar thaisceadh an táirge go dtiocfaidh méadú ar thiús an chomhéadain soladach-leictrilít (SEI).

I dtimpeallacht íseal-teocht, laghdaítear córas idirleathadh cadhnraí Li-ian san ábhar gníomhach, agus méadaíonn an fhriotaíocht aistrithe muirear (Rct) go suntasach.

Plé ar Fhachtóirí a mbíonn tionchar acu ar Fheidhmíocht Teocht Íseal Cadhnraí Li-ian

Tuairim shaineolach 1: Tá an tionchar is mó ag an leictrilít ar fheidhmíocht íseal-teocht cadhnraí litiam-ian, agus tá tionchar tábhachtach ag comhdhéanamh agus airíonna fisiciceimiceacha an leictrilít ar fheidhmíocht íseal-teocht na ceallraí. Is iad na fadhbanna atá os comhair an timthriall ceallraí ag teocht íseal ná: méadóidh slaodacht an leictrilít, agus beidh an luas seoltachta ian ag éirí níos moille, rud a fhágann go n-eascraíonn luas imirce leictreon an chuaird sheachtraigh, agus mar sin tá an ceallraí polaraithe go mór, agus laghdaítear an cumas muirir agus urscaoilte go géar. Go háirithe nuair a bhíonn tú ag muirearú ag teocht íseal, cruthaíonn hiain litiam dendrites litiam go héasca ar dhromchla an leictreoid dhiúltach, rud a fhágann teip ceallraí.

Tá dlúthbhaint ag feidhmíocht teocht íseal an leictrilít le méid seoltacht an leictrilít féin. Tarchuireann an leictrilít le seoltacht ard iain go tapa agus féadann sé níos mó toilleadh a fheidhmiú ag teocht íseal. Dá mhéad dícheangailte an salann litiam sa leictrilít, is airde líon na n-imirce agus is airde an seoltacht. Dá airde an seoltacht leictreach, is amhlaidh is tapúla an ráta seoltachta ian, is lú an polarú, agus is fearr feidhmíocht na ceallraí ag teocht íseal. Dá bhrí sin, tá seoltacht leictreach níos airde mar choinníoll riachtanach chun dea-fheidhmíocht íseal-teocht cadhnraí litiam-ian a bhaint amach.

Baineann seoltacht an leictrilít le comhdhéanamh an leictrilít, agus tá laghdú ar shlaodacht an tuaslagóra ar cheann de na bealaí chun seoltacht an leictrilít a fheabhsú. Is é sreabhach maith an tuaslagóra ag teocht íseal ná ráthaíocht iompair ian, agus is é an scannán leictrilít soladach atá déanta ag an leictrilít ag an leictreoid dhiúltach ag teocht íseal freisin an eochair chun tionchar a imirt ar sheoladh iain litiam, agus is é RSEI an príomh-impedance. de chadhnraí ian litiam i dtimpeallachtaí teocht íseal.

Saineolaí 2: Is é an príomhfhachtóir a chuireann srian le feidhmíocht teocht íseal cadhnraí litiam-ian ná an fhriotaíocht idirleata Li+ méadaithe go mór ag teochtaí ísle, ní an scannán SEI.

Airíonna teocht íseal na n-ábhar catóide le haghaidh cadhnraí ian litiam

1. Airíonna teocht íseal na n-ábhar catóide cisealta

Ní hamháin go bhfuil feidhmíocht ráta neamh-inchomparáide bealaí idirleata ian litiam aontoiseach ag an struchtúr cisealta, ach tá cobhsaíocht struchtúrach bealaí tríthoiseach aige freisin. Is é an t-ábhar catóide tráchtála is luaithe do chadhnraí ian litiam. Is iad na substaintí ionadaíocha atá aige ná LiCoO2, Li(Co1-xNix)O2 agus Li(Ni, Co, Mn)O2 agus mar sin de.

Dúirt Xie Xiaohua et al. ghlac LiCoO2/MCMB mar ábhar taighde agus thástáil sé a shaintréithe muirear-urscaoilte ar theocht íseal.

Léiríonn na torthaí go dtiteann an t-ardán urscaoilte ó 3.762V (0°C) go 3.207V (–30°C) de bharr laghdú teochta; laghdaítear go mór toilleadh iomlán na gceallraí ó 78.98mA·h (0°C) go 68.55mA·h (–30°C).

2. Saintréithe íseal-teocht na n-ábhar catóide struchtúrtha spinel

Tá na buntáistí a bhaineann le costas íseal agus neamh-tocsaineacht ag an struchtúr spinel ábhar catóide LiMn2O4 toisc nach bhfuil eilimint Co ann.

Mar sin féin, tá éagobhsaíocht struchtúrach agus droch-inchúlaitheacht na comhpháirte seo mar thoradh ar inathraitheacht valence Mn agus éifeacht Jahn-Teller Mn3+.

Dúirt Peng Zhengshun et al. chuir sé in iúl go bhfuil tionchar mór ag modhanna éagsúla ullmhúcháin ar fheidhmíocht leictriceimiceach ábhar catóide LiMn2O4. Ag tabhairt Rct mar shampla: tá an Rct de LiMn2O4 sintéiseithe ag modh soladach-chéim teocht ard i bhfad níos airde ná an modh sol-ghlóthach, agus níl tionchar ag hiain litiam ar an bhfeiniméan seo. Léirítear an comhéifeacht idirleathadh freisin. Is é an chúis atá leis ná go bhfuil tionchar mór ag modhanna sintéise éagsúla ar chriostalacht agus ar mhoirfeolaíocht na dtáirgí.

3. Saintréithe teocht íseal na n-ábhar catóide de chóras fosfáit

Mar gheall ar a chobhsaíocht agus a sábháilteacht toirte den scoth, tá LiFePO4, mar aon le hábhair thrínártha, tar éis éirí mar phríomhchorp na n-ábhar catóide ceallraí cumhachta reatha. Tá droch-fheidhmíocht teocht íseal fosfáit iarainn litiam go príomha toisc go bhfuil a ábhar féin inslitheoir, le seoltacht leictreonach íseal, idirleathadh ian litiam bocht, agus seoltacht bocht ag teocht íseal, rud a mhéadaíonn friotaíocht inmheánach na ceallraí, rud a chuireann isteach go mór ar. polarú, agus cuirtear bac ar mhuirear agus urscaoileadh na ceallraí. Dá bhrí sin, an teocht íseal Níl feidhmíocht idéalach.

Agus é ag déanamh staidéir ar iompar muirear-urscaoilte LiFePO4 ag teocht íseal, dúirt Gu Yijie et al. fuarthas amach gur thit a éifeachtúlacht coulombic ó 100% ag 55°C go 96% ag 0°C agus 64% ag -20°C, faoi seach; laghdaigh an voltas urscaoilte ó 3.11V ag 55°C. Laghdú go 2.62V ag –20°C.

Tá Xing et al. modhnaithe LiFePO4 le nanacarbón agus fuarthas amach, tar éis gníomhaire seoltaí nanacarbóin a chur leis, go raibh feidhmíocht leictriceimiceach LiFePO4 níos lú íogair do theocht, agus feabhsaíodh an fheidhmíocht teocht íseal; mhéadaigh voltas urscaoilte LiFePO4 modhnaithe ó 3.40 ag 25 °CV titeann go 3.09V ag -25 ° C, laghdú de ach 9.12%; agus is é a éifeachtacht cille ag -25 ° C 57.3%, atá níos airde ná 53.4% ​​gan gníomhaire seoltaí nana-charbóin.

Le déanaí, mheall LiMnPO4 go leor suime. Fuair ​​​​an staidéar amach go bhfuil na buntáistí a bhaineann le cumas ard (4V), gan aon truailliú, praghas íseal, agus cumas sonrach mór (4.1mAh / g) ag LiMnPO170. Mar gheall ar seoltacht ianach níos ísle LiMnPO4 ná LiFePO4, áfach, is minic a úsáidtear Fe chun Mn a athsholáthar go páirteach chun réiteach soladach LiMn0.8Fe0.2PO4 a fhoirmiú go praiticiúil.

Airíonna teocht íseal na n-ábhar anóid le haghaidh cadhnraí ian litiam

I gcomparáid leis an ábhar leictreoid dhearfach, tá an meath teocht íseal ar ábhar leictreoid diúltach ceallraí ian litiam níos tromchúisí, go príomha ar na trí chúis seo a leanas:

Nuair a dhéantar an ceallraí a mhuirearú agus a urscaoileadh ag teocht íseal agus ardráta, déantar an ceallraí a pholarú go mór, agus déantar cuid mhór de litiam miotail a thaisceadh ar dhromchla an leictreoid dhiúltach, agus níl seoltacht ag táirge imoibrithe litiam miotail agus leictrilít go ginearálta;

Ó thaobh teirmidinimiciúil de, tá líon mór grúpaí polacha ar nós CO agus CN sa leictrilít, ar féidir leo imoibriú leis an ábhar leictreoid diúltach, agus tá an scannán SEI foirmithe níos so-ghabhálaí do theocht íseal;

Is deacair an leictreoid dhiúltach carbóin litiam a intercalate ag teocht íseal, agus tá muirear neamhshiméadrach agus urscaoileadh.

pictiúr

Taighde ar Leictrilít Teocht Íseal

Imríonn an leictrilít ról Li + a iompar i gcadhnraí litiam-ian, agus tá tionchar suntasach ag a seoltacht ianach agus a n-airíonna foirmithe scannáin SEI ar fheidhmíocht íseal-teocht na ceallraí. Tá trí phríomhtháscairí ann chun na buntáistí agus na míbhuntáistí a bhaineann le leictrilítí íseal-teocht a mheas: seoltacht ianach, fuinneog leictriceimiceach agus imoibríocht leictreoid. Braitheann leibhéal na dtrí tháscaire seo go mór ar a chomhábhair: tuaslagóir, leictrilít (salann litiam), agus breiseáin. Dá bhrí sin, tá tábhacht mhór ag an taighde ar fheidhmíocht teocht íseal gach cuid den electrolyte chun feidhmíocht íseal teocht na ceallraí a thuiscint agus a fheabhsú.

I gcomparáid le carbónáití slabhra, tá tréithe teocht íseal leictrilítí CE-bhunaithe, carbónáití timthriallacha struchtúr dlúth, fórsa gníomhach mór, agus leáphointe agus slaodacht níos airde. Mar sin féin, mar gheall ar an polaraíocht mhór a thugann an struchtúr fáinne, is minic go mbíonn tairiseach tréleictreach mór aige. Coscann an tairiseach tréleictreach mór, seoltacht ard ianach, agus airíonna foirmithe scannáin den scoth tuaslagóirí CE go héifeachtach comh-chur isteach móilíní tuaslagóirí, rud a fhágann go bhfuil siad fíor-riachtanach. Dá bhrí sin, tá an chuid is mó de na córais leictrilít íseal-teocht a úsáidtear go coitianta bunaithe ar CE, agus ansin measctha tuaslagóir móilín Beaga le pointe leá íseal.

Is cuid thábhachtach de leictrilít é salann litiam. Ní hamháin gur féidir le salann litiam sa leictrilít seoltacht ianach an tuaslagáin a fheabhsú, ach freisin an t-achar idirleata de Li + sa tuaslagán a laghdú. Go ginearálta, dá mó an tiúchan de Li+ sa tuaslagán, is mó an seoltacht ianach. Mar sin féin, níl baint líneach ag tiúchan na n-ian litiam sa electrolyte le tiúchan salainn litiam, ach tá sé parabolic. Tá sé seo toisc go mbraitheann tiúchan na n-ian litiam sa tuaslagóir ar neart díthiomsaithe agus comhlachais salainn litiam sa tuaslagóir.

Taighde ar Leictrilít Teocht Íseal

Chomh maith le comhdhéanamh na ceallraí féin, beidh tionchar mór ag fachtóirí próisis in oibriú iarbhír ar fheidhmíocht na ceallraí freisin.
(1) Próiseas ullmhúcháin. Tá Yaqub et al. staidéar ar éifeacht ualach leictreoid agus tiús sciath ar fheidhmíocht teocht íseal cadhnraí LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 / Graphite agus fuarthas amach i dtéarmaí coinneáil acmhainne, dá lú an t-ualach leictreoid agus an níos tanaí an ciseal sciath, is amhlaidh is fearr an íseal feidhmíocht teochta. .

(2) Staid muirear agus urscaoilte. Tá Petzl et al. rinne sé staidéar ar éifeacht an stáit urscaoilte íseal-teocht ar shaolré timthriall na ceallraí, agus fuarthas amach, nuair a bhíonn an doimhneacht urscaoilte mór, go mbeidh sé ina chúis le caillteanas cumais níos mó agus go laghdófar an saolré timthriall.

(3) Fachtóirí eile. Bíonn tionchar ag achar dromchla, méid pore, dlús leictreoid, fliuchtacht an leictreoid agus an leictrilít, agus deighilteoir, etc., ar fheidhmíocht íseal-teocht cadhnraí litiam-ian. Ina theannta sin, ní féidir neamhaird a dhéanamh ar thionchar lochtanna ábhair agus próisis ar fheidhmíocht teocht íseal na ceallraí.

Achoimre a dhéanamh ar

D’fhonn feidhmíocht teocht íseal cadhnraí litiam-ian a áirithiú, is gá na pointí seo a leanas a dhéanamh:

(1) Déan scannán SEI tanaí agus dlúth;

(2) A chinntiú go bhfuil comhéifeacht idirleathadh mór ag Li+ san ábhar gníomhach;

(3) Tá seoltacht ard ianach ag an leictrilít ag teocht íseal.

Ina theannta sin, is féidir leis an taighde bealach eile a fháil freisin chun breathnú ar chineál eile de cheallraí litiam-ian ceallraí litiam-ian uile-soladach. I gcomparáid le cadhnraí litiam-ian traidisiúnta, táthar ag súil go ndéanfaidh cadhnraí litiam-ian uile-soladach-stáit, go háirithe cadhnraí litiam-ian scannán tanaí uile-soladach, an fhadhb a bhaineann le meath acmhainne agus sábháilteacht timthriall a réiteach go hiomlán nuair a úsáidtear cadhnraí ag teocht íseal. c