चूंकि लिथियम-आयन बैटरी ने बाजार में प्रवेश किया है, इसलिए लंबे जीवन, बड़ी विशिष्ट क्षमता, और कोई स्मृति प्रभाव नहीं होने के कारण उनका व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। लिथियम-आयन बैटरी के कम तापमान के उपयोग में कम क्षमता, गंभीर क्षीणन, खराब चक्र दर प्रदर्शन, स्पष्ट लिथियम जमाव और असंतुलित लिथियम निष्कर्षण जैसी समस्याएं हैं। हालांकि, अनुप्रयोग क्षेत्रों के निरंतर विस्तार के साथ, लिथियम-आयन बैटरी के खराब निम्न-तापमान प्रदर्शन के कारण होने वाली बाधाएं अधिक से अधिक स्पष्ट होती जा रही हैं।

रिपोर्टों के अनुसार, -20 डिग्री सेल्सियस पर लिथियम-आयन बैटरी की डिस्चार्ज क्षमता कमरे के तापमान का केवल 31.5% है। पारंपरिक लिथियम-आयन बैटरी का ऑपरेटिंग तापमान -20 और +55 डिग्री सेल्सियस के बीच होता है। हालांकि, एयरोस्पेस, सैन्य उद्योग, इलेक्ट्रिक वाहन आदि के क्षेत्रों में, बैटरी को सामान्य रूप से -40 डिग्री सेल्सियस पर काम करने की आवश्यकता होती है। इसलिए, ली-आयन बैटरी के निम्न-तापमान गुणों में सुधार करना बहुत महत्वपूर्ण है।

ली-आयन बैटरियों के निम्न तापमान प्रदर्शन को प्रतिबंधित करने वाले कारक

कम तापमान वाले वातावरण में, इलेक्ट्रोलाइट की चिपचिपाहट बढ़ जाती है और यहां तक ​​कि आंशिक रूप से जम जाती है, जिसके परिणामस्वरूप लिथियम-आयन बैटरी की चालकता में कमी आती है।

इलेक्ट्रोलाइट और नकारात्मक इलेक्ट्रोड और विभाजक के बीच संगतता कम तापमान वाले वातावरण में खराब हो जाती है।

लिथियम-आयन बैटरी के नकारात्मक इलेक्ट्रोड में कम तापमान वाले वातावरण में गंभीर लिथियम वर्षा होती है, और अवक्षेपित धातु लिथियम इलेक्ट्रोलाइट के साथ प्रतिक्रिया करता है, और इसके उत्पाद के जमाव से ठोस-इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस (SEI) की मोटाई में वृद्धि होती है।

कम तापमान के वातावरण में, सक्रिय सामग्री में ली-आयन बैटरी की प्रसार प्रणाली कम हो जाती है, और चार्ज ट्रांसफर प्रतिरोध (आरसीटी) काफी बढ़ जाता है।

ली-आयन बैटरियों के निम्न तापमान प्रदर्शन को प्रभावित करने वाले कारकों पर चर्चा

विशेषज्ञ की राय 1: लिथियम-आयन बैटरी के निम्न-तापमान प्रदर्शन पर इलेक्ट्रोलाइट का सबसे अधिक प्रभाव पड़ता है, और इलेक्ट्रोलाइट की संरचना और भौतिक रासायनिक गुणों का बैटरी के निम्न-तापमान प्रदर्शन पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। कम तापमान पर बैटरी चक्र के सामने आने वाली समस्याएं हैं: इलेक्ट्रोलाइट की चिपचिपाहट बढ़ जाएगी, और आयन चालन की गति धीमी हो जाएगी, जिसके परिणामस्वरूप बाहरी सर्किट की इलेक्ट्रॉन प्रवास गति बेमेल हो जाएगी, इसलिए बैटरी गंभीर रूप से ध्रुवीकृत हो जाती है, और चार्ज और डिस्चार्ज क्षमता तेजी से कम हो जाती है। विशेष रूप से कम तापमान पर चार्ज करते समय, लिथियम आयन आसानी से नकारात्मक इलेक्ट्रोड की सतह पर लिथियम डेन्ड्राइट बनाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप बैटरी की विफलता होती है।

इलेक्ट्रोलाइट का निम्न तापमान प्रदर्शन इलेक्ट्रोलाइट की चालकता के आकार से निकटता से संबंधित है। उच्च चालकता वाला इलेक्ट्रोलाइट आयनों को जल्दी से प्रसारित करता है और कम तापमान पर अधिक क्षमता का प्रयोग कर सकता है। इलेक्ट्रोलाइट में लिथियम नमक जितना अधिक विघटित होता है, माइग्रेशन की संख्या उतनी ही अधिक होती है और चालकता उतनी ही अधिक होती है। विद्युत चालकता जितनी अधिक होगी, आयन चालन दर उतनी ही तेज होगी, ध्रुवीकरण उतना ही कम होगा और कम तापमान पर बैटरी का प्रदर्शन बेहतर होगा। इसलिए, लिथियम-आयन बैटरी के अच्छे निम्न-तापमान प्रदर्शन को प्राप्त करने के लिए उच्च विद्युत चालकता एक आवश्यक शर्त है।

इलेक्ट्रोलाइट की चालकता इलेक्ट्रोलाइट की संरचना से संबंधित है, और विलायक की चिपचिपाहट को कम करना इलेक्ट्रोलाइट की चालकता में सुधार करने के तरीकों में से एक है। कम तापमान पर विलायक की अच्छी तरलता आयन परिवहन की गारंटी है, और कम तापमान पर नकारात्मक इलेक्ट्रोड पर इलेक्ट्रोलाइट द्वारा बनाई गई ठोस इलेक्ट्रोलाइट फिल्म भी लिथियम आयनों के प्रवाहकत्त्व को प्रभावित करने की कुंजी है, और आरएसईआई मुख्य प्रतिबाधा है। कम तापमान के वातावरण में लिथियम आयन बैटरी की।

विशेषज्ञ 2: लिथियम-आयन बैटरियों के कम तापमान के प्रदर्शन को सीमित करने वाला मुख्य कारक कम तापमान पर तेजी से बढ़ा हुआ ली + प्रसार प्रतिरोध है, न कि एसईआई फिल्म।

लिथियम आयन बैटरी के लिए कैथोड सामग्री के निम्न तापमान गुण

1. स्तरित कैथोड सामग्री के निम्न तापमान गुण

स्तरित संरचना में न केवल एक-आयामी लिथियम आयन प्रसार चैनलों का अतुलनीय दर प्रदर्शन होता है, बल्कि त्रि-आयामी चैनलों की संरचनात्मक स्थिरता भी होती है। यह लिथियम आयन बैटरी के लिए सबसे प्रारंभिक व्यावसायिक कैथोड सामग्री है। इसके प्रतिनिधि पदार्थ LiCoO2, Li(Co1-xNix)O2 और Li(Ni, Co, Mn)O2 इत्यादि हैं।

ज़ी ज़िआओहुआ एट अल। LiCoO2/MCMB को अनुसंधान वस्तु के रूप में लिया और इसकी निम्न-तापमान आवेश-निर्वहन विशेषताओं का परीक्षण किया।

परिणाम बताते हैं कि तापमान में कमी के साथ, डिस्चार्ज प्लेटफॉर्म 3.762V (0°C) से गिरकर 3.207V (-30°C) हो जाता है; कुल बैटरी क्षमता भी तेजी से 78.98mA·h (0°C) से घटकर 68.55mA·h (-30°C) हो जाती है।

2. स्पिनल-संरचित कैथोड सामग्री की निम्न-तापमान विशेषताएँ

स्पिनल संरचना LiMn2O4 कैथोड सामग्री में कम लागत और गैर-विषाक्तता के फायदे हैं क्योंकि इसमें सह तत्व नहीं होता है।

हालाँकि, Mn की संयोजकता परिवर्तनशीलता और Mn3+ का जाह्न-टेलर प्रभाव इस घटक की संरचनात्मक अस्थिरता और खराब प्रतिवर्तीता की ओर ले जाता है।

पेंग झेंगशुन एट अल। ने बताया कि विभिन्न तैयारी विधियों का LiMn2O4 कैथोड सामग्री के विद्युत रासायनिक प्रदर्शन पर बहुत प्रभाव पड़ता है। एक उदाहरण के रूप में Rct लेना: उच्च तापमान ठोस-चरण विधि द्वारा संश्लेषित LiMn2O4 का Rct सोल-जेल विधि की तुलना में काफी अधिक है, और यह घटना लिथियम आयनों से प्रभावित नहीं होती है। प्रसार गुणांक भी परिलक्षित होता है। इसका कारण यह है कि विभिन्न संश्लेषण विधियों का उत्पादों की क्रिस्टलीयता और आकारिकी पर बहुत प्रभाव पड़ता है।

3. फॉस्फेट प्रणाली की कैथोड सामग्री की कम तापमान विशेषताओं

इसकी उत्कृष्ट मात्रा स्थिरता और सुरक्षा के कारण, LiFePO4, टर्नरी सामग्री के साथ, वर्तमान पावर बैटरी कैथोड सामग्री का मुख्य निकाय बन गया है। लिथियम आयरन फॉस्फेट का खराब निम्न तापमान प्रदर्शन मुख्य रूप से है क्योंकि इसकी सामग्री स्वयं एक इन्सुलेटर है, जिसमें कम इलेक्ट्रॉनिक चालकता, खराब लिथियम आयन प्रसार और कम तापमान पर खराब चालकता है, जो बैटरी के आंतरिक प्रतिरोध को बढ़ाता है, जो इससे बहुत प्रभावित होता है ध्रुवीकरण, और बैटरी चार्ज और डिस्चार्ज बाधित होते हैं। इसलिए, कम तापमान प्रदर्शन आदर्श नहीं है।

कम तापमान पर LiFePO4 के चार्ज-डिस्चार्ज व्यवहार का अध्ययन करते समय, गु यीजी एट अल। पाया गया कि इसकी कूलम्बिक दक्षता 100% से गिरकर 55°C पर 96% 0°C पर और 64% -20°C पर गिर गई; डिस्चार्ज वोल्टेज 3.11V से 55 डिग्री सेल्सियस पर कम हो गया। -2.62 डिग्री सेल्सियस पर 20V तक कम करें।

जिंग एट अल। नैनोकार्बन के साथ LiFePO4 को संशोधित किया और पाया कि नैनोकार्बन प्रवाहकीय एजेंट जोड़ने के बाद, LiFePO4 का विद्युत रासायनिक प्रदर्शन तापमान के प्रति कम संवेदनशील था, और कम तापमान के प्रदर्शन में सुधार हुआ था; संशोधित LiFePO4 का डिस्चार्ज वोल्टेज 3.40 से 25 डिग्री सीवी की बूंदों से 3.09 वी पर -25 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ गया, केवल 9.12% की कमी; और -25 डिग्री सेल्सियस पर इसकी सेल दक्षता 57.3% है, जो नैनो-कार्बन प्रवाहकीय एजेंट के बिना 53.4% ​​से अधिक है।

हाल ही में, LiMnPO4 ने बहुत रुचि दिखाई है। अध्ययन में पाया गया कि LiMnPO4 में उच्च क्षमता (4.1V), कोई प्रदूषण नहीं, कम कीमत और बड़ी विशिष्ट क्षमता (170mAh / g) के फायदे हैं। हालांकि, LiFePO4 की तुलना में LiMnPO4 की कम आयनिक चालकता के कारण, व्यवहार में LiMn0.8Fe0.2PO4 ठोस समाधान बनाने के लिए Fe का उपयोग अक्सर Mn को आंशिक रूप से बदलने के लिए किया जाता है।

लिथियम आयन बैटरी के लिए एनोड सामग्री के निम्न तापमान गुण

सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री की तुलना में, लिथियम आयन बैटरी की नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री का कम तापमान में गिरावट अधिक गंभीर है, मुख्य रूप से निम्नलिखित तीन कारणों से:

कम तापमान और उच्च दर पर चार्ज और डिस्चार्ज करते समय, बैटरी गंभीर रूप से ध्रुवीकृत हो जाती है, और बड़ी मात्रा में धातु लिथियम नकारात्मक इलेक्ट्रोड की सतह पर जमा हो जाती है, और धातु लिथियम और इलेक्ट्रोलाइट के प्रतिक्रिया उत्पाद में आमतौर पर चालकता नहीं होती है;

थर्मोडायनामिक दृष्टिकोण से, इलेक्ट्रोलाइट में सीओ और सीएन जैसे बड़ी संख्या में ध्रुवीय समूह होते हैं, जो नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री के साथ प्रतिक्रिया कर सकते हैं, और गठित एसईआई फिल्म कम तापमान के लिए अतिसंवेदनशील होती है;

कार्बन नकारात्मक इलेक्ट्रोड कम तापमान पर लिथियम को आपस में जोड़ना मुश्किल है, और असममित चार्ज और डिस्चार्ज होता है।

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कम तापमान इलेक्ट्रोलाइट पर अनुसंधान

इलेक्ट्रोलाइट लिथियम-आयन बैटरी में ली + के परिवहन की भूमिका निभाता है, और इसकी आयनिक चालकता और एसईआई फिल्म बनाने वाले गुणों का बैटरी के निम्न-तापमान प्रदर्शन पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। निम्न-तापमान इलेक्ट्रोलाइट्स के पेशेवरों और विपक्षों को पहचानने के लिए तीन मुख्य संकेतक हैं: आयनिक चालकता, विद्युत रासायनिक खिड़की और इलेक्ट्रोड प्रतिक्रियाशीलता। इन तीन संकेतकों का स्तर काफी हद तक इसकी घटक सामग्री पर निर्भर करता है: विलायक, इलेक्ट्रोलाइट (लिथियम नमक), और योजक। इसलिए, बैटरी के निम्न तापमान प्रदर्शन को समझने और सुधारने के लिए इलेक्ट्रोलाइट के प्रत्येक भाग के निम्न तापमान प्रदर्शन पर शोध का बहुत महत्व है।

चेन कार्बोनेट्स की तुलना में, ईसी-आधारित इलेक्ट्रोलाइट्स की कम तापमान विशेषताओं, चक्रीय कार्बोनेट्स में एक कॉम्पैक्ट संरचना, बड़ी अभिनय शक्ति, और उच्च पिघलने बिंदु और चिपचिपापन होता है। हालांकि, रिंग संरचना द्वारा लाई गई बड़ी ध्रुवता इसे अक्सर एक बड़ा ढांकता हुआ स्थिरांक बनाती है। ईसी सॉल्वैंट्स के बड़े ढांकता हुआ स्थिरांक, उच्च आयनिक चालकता और उत्कृष्ट फिल्म बनाने वाले गुण विलायक अणुओं के सह-सम्मिलन को प्रभावी ढंग से रोकते हैं, जिससे वे अपरिहार्य हो जाते हैं। इसलिए, आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले कम तापमान वाले इलेक्ट्रोलाइट सिस्टम ईसी पर आधारित होते हैं, और फिर कम गलनांक के साथ मिश्रित छोटे अणु विलायक होते हैं।

लिथियम नमक इलेक्ट्रोलाइट का एक महत्वपूर्ण घटक है। इलेक्ट्रोलाइट में लिथियम नमक न केवल समाधान की आयनिक चालकता में सुधार कर सकता है, बल्कि समाधान में ली + की प्रसार दूरी को भी कम कर सकता है। सामान्य तौर पर, समाधान में ली + की सांद्रता जितनी अधिक होगी, आयनिक चालकता उतनी ही अधिक होगी। हालांकि, इलेक्ट्रोलाइट में लिथियम आयनों की एकाग्रता लिथियम लवण की एकाग्रता से रैखिक रूप से संबंधित नहीं है, लेकिन यह परवलयिक है। ऐसा इसलिए है क्योंकि विलायक में लिथियम आयनों की सांद्रता विलायक में लिथियम लवण के पृथक्करण और जुड़ाव की ताकत पर निर्भर करती है।

कम तापमान इलेक्ट्रोलाइट पर अनुसंधान

बैटरी की संरचना के अलावा, वास्तविक संचालन में प्रक्रिया कारकों का भी बैटरी के प्रदर्शन पर बहुत प्रभाव पड़ेगा।
(1) तैयारी की प्रक्रिया। याकूब एट अल। LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 / ग्रेफाइट बैटरी के कम तापमान प्रदर्शन पर इलेक्ट्रोड लोड और कोटिंग मोटाई के प्रभाव का अध्ययन किया और पाया कि क्षमता प्रतिधारण के मामले में, इलेक्ट्रोड लोड जितना छोटा होगा और कोटिंग परत जितनी पतली होगी, उतना ही कम होगा तापमान प्रदर्शन। .

(2) प्रभार और निर्वहन की स्थिति। पेटज़ल एट अल। बैटरी चक्र जीवन पर कम तापमान चार्ज-डिस्चार्ज स्थिति के प्रभाव का अध्ययन किया, और पाया कि जब निर्वहन की गहराई बड़ी होती है, तो यह अधिक क्षमता हानि का कारण बनती है और चक्र जीवन को कम करती है।

(3) अन्य कारक। सतह क्षेत्र, छिद्र आकार, इलेक्ट्रोड घनत्व, इलेक्ट्रोड और इलेक्ट्रोलाइट की अस्थिरता, और विभाजक, आदि, सभी लिथियम-आयन बैटरी के निम्न-तापमान प्रदर्शन को प्रभावित करते हैं। इसके अलावा, बैटरी के कम तापमान प्रदर्शन पर सामग्री और प्रक्रिया दोषों के प्रभाव को नजरअंदाज नहीं किया जा सकता है।

संक्षेप में प्रस्तुत करना

लिथियम-आयन बैटरी के निम्न तापमान प्रदर्शन को सुनिश्चित करने के लिए, निम्नलिखित बिंदुओं को करने की आवश्यकता है:

(1) एक पतली और घनी एसईआई फिल्म बनाएं;

(2) सुनिश्चित करें कि सक्रिय सामग्री में ली + का एक बड़ा प्रसार गुणांक है;

(3) इलेक्ट्रोलाइट में कम तापमान पर उच्च आयनिक चालकता होती है।

इसके अलावा, अनुसंधान एक अन्य प्रकार की लिथियम-आयन बैटरी-ऑल-सॉलिड-स्टेट लिथियम-आयन बैटरी को देखने का एक और तरीका भी खोज सकता है। पारंपरिक लिथियम-आयन बैटरियों की तुलना में, ऑल-सॉलिड-स्टेट लिथियम-आयन बैटरी, विशेष रूप से ऑल-सॉलिड-स्टेट थिन-फिल्म लिथियम-आयन बैटरी, से क्षमता क्षय और साइकिल सुरक्षा की समस्या को पूरी तरह से हल करने की उम्मीद की जाती है जब बैटरी का उपयोग किया जाता है। कम तामपान। सी