Depi pil ityòm-ion te antre nan mache a, yo te lajman itilize akòz avantaj yo nan lavi ki long, gwo kapasite espesifik, e pa gen okenn efè memwa. Itilizasyon tanperati ki ba nan pil ityòm-ion gen pwoblèm tankou kapasite ki ba, atenuasyon grav, pèfòmans pousantaj sik pòv, evidan depozisyon ityòm, ak ekstraksyon ityòm dezekilib. Sepandan, ak ekspansyon kontinyèl nan jaden aplikasyon yo, kontrent yo ki te koze pa pèfòmans nan pòv ba-tanperati nan ityòm-ion pil yo ap vin pi plis ak plis evidan.

Selon rapò, kapasite egzeyat pil ityòm-ion nan -20 ° C se sèlman apeprè 31.5% nan tanperati chanm. Tanperati fonksyònman pil ityòm-ion tradisyonèl yo se ant -20 ak +55 °C. Sepandan, nan domèn ayewospasyal, endistri militè, machin elektrik, elatriye, batri a oblije travay nòmalman nan -40 ° C. Se poutèt sa, li se nan gwo siyifikasyon amelyore pwopriyete yo ba-tanperati nan Li-ion pil.

Faktè ki limite pèfòmans tanperati ki ba nan batri Li-ion

Nan yon anviwònman tanperati ki ba, viskozite elektwolit la ogmante e menm pasyèlman solidifye, sa ki lakòz yon diminisyon nan konduktiviti nan ityòm-ion pil.

Konpatibilite ki genyen ant elektwolit la ak elektwòd negatif la ak separasyon an vin pòv nan yon anviwònman tanperati ki ba.

Elektwòd negatif nan batri ityòm-ion gen gwo presipitasyon ityòm anba anviwònman tanperati ki ba, ak ityòm metal presipite reyaji ak elektwolit la, ak depo pwodwi li yo mennen nan yon ogmantasyon nan epesè nan koòdone nan solid-elektwolit (SEI).

Nan anviwònman tanperati ki ba, sistèm difizyon pil Li-ion nan materyèl aktif la diminye, ak rezistans transfè chaj (Rct) ogmante anpil.

Diskisyon sou faktè ki afekte pèfòmans tanperati ki ba nan batri Li-ion

Opinyon ekspè 1: Elektwolit la gen pi gwo enpak sou pèfòmans ba-tanperati pil ityòm-ion, ak konpozisyon ak pwopriyete fizikochimik elektwolit la gen yon enpak enpòtan sou pèfòmans ba-tanperati batri a. Pwoblèm yo fè fas ak sik batri a nan tanperati ki ba yo se: viskozite nan elektwolit la ap ogmante, ak vitès la kondiksyon ion ap vin pi dousman, sa ki lakòz dezakò nan vitès la migrasyon elèktron nan kous la ekstèn, kidonk batri a se polarize grav, epi kapasite chaj ak egzeyat la redwi sevè. Espesyalman lè chaje nan tanperati ki ba, iyon ityòm fasil fòme dendrite ityòm sou sifas elektwòd negatif la, sa ki lakòz echèk batri.

Pèfòmans nan tanperati ki ba nan elektwolit la se pre relasyon ak gwosè a nan konduktiviti nan elektwolit nan tèt li. Elektwolit la ak konduktiviti segondè transmèt iyon byen vit epi li ka egzèse plis kapasite nan tanperati ki ba. Plis dissociation sèl ityòm nan elektwolit la, pi wo kantite migrasyon yo ak pi wo konduktiviti a. Pi wo konduktiviti elektrik la, pi vit pousantaj kondiksyon ion, mwens polarizasyon an, ak pi bon pèfòmans batri a nan tanperati ki ba. Se poutèt sa, pi wo konduktiviti elektrik se yon kondisyon ki nesesè yo reyalize bon pèfòmans ba-tanperati nan ityòm-ion pil.

Konduktivite elektwolit la gen rapò ak konpozisyon elektwolit la, epi redwi viskozite sòlvan an se youn nan fason yo amelyore konduktiviti elektwolit la. Bon likidite sòlvan an nan tanperati ki ba se garanti transpò ion, ak fim nan elektwolit solid ki te fòme pa elektwolit la nan elektwòd negatif nan tanperati ki ba tou se kle nan afekte kondiksyon nan iyon ityòm, ak RSEI se enpedans prensipal la. nan pil ityòm ion nan anviwònman tanperati ki ba.

Ekspè 2: Faktè prensipal ki limite pèfòmans nan tanperati ki ba nan ityòm-ion pil se sevè ogmante Li + rezistans difizyon nan tanperati ki ba, pa fim nan SEI.

Pwopriyete tanperati ki ba nan materyèl katod pou pil ityòm ion

1. Pwopriyete tanperati ki ba nan materyèl katod kouch

Estrikti a kouch pa sèlman gen pèfòmans nan pousantaj enprenabl nan yon sèl dimansyon ityòm ion difizyon chanèl, men tou, gen estabilite nan estriktirèl nan chanèl ki genyen twa dimansyon. Li se pi bonè materyèl katod komèsyal pou pil ityòm ion. Sibstans reprezantan li yo se LiCoO2, Li (Co1-xNix) O2 ak Li (Ni, Co, Mn) O2 ak sou sa.

Xie Xiaohua et al. te pran LiCoO2/MCMB kòm objè rechèch la epi li teste karakteristik chaj-egzeyat ba-tanperati li yo.

Rezilta yo montre ke ak diminisyon nan tanperati, platfòm la egzeyat gout soti nan 3.762V (0 ° C) a 3.207V (-30 ° C); kapasite total batri a tou diminye sevè soti nan 78.98mA·h (0°C) a 68.55mA·h (-30°C).

2. Karakteristik ki ba-tanperati nan materyèl katòd spinèl estriktire

Estrikti spinèl materyèl katod LiMn2O4 a gen avantaj ki genyen nan pri ki ba ak ki pa toksisite paske li pa gen eleman Co.

Sepandan, varyasyon valans Mn ak efè Jahn-Teller nan Mn3 + mennen nan enstabilite estriktirèl la ak revèrsibilite pòv nan eleman sa a.

Peng Zhengshun et al. te fè remake ke metòd preparasyon diferan gen yon gwo enfliyans sou pèfòmans elektwochimik nan materyèl katod LiMn2O4. Pran Rct kòm yon egzanp: Rct nan LiMn2O4 sentèz pa metòd tanperati ki wo solid-faz se siyifikativman pi wo pase sa yo ki nan metòd sol-jèl, ak fenomèn sa a pa afekte pa iyon ityòm. Se koyefisyan difizyon an tou reflete. Rezon ki fè la se ke metòd sentèz diferan gen gwo enfliyans sou kristalinite a ak mòfoloji nan pwodwi yo.

3. Karakteristik tanperati ki ba nan materyèl katod nan sistèm fosfat

Akòz estabilite volim ekselan li yo ak sekirite, LiFePO4, ansanm ak materyèl ternary, te vin kò prensipal la nan materyèl katod batri aktyèl pouvwa. Pèfòmans pòv tanperati ki ba nan ityòm fè fosfat se sitou paske materyèl li yo tèt li se yon izolasyon, ak konduktiviti elektwonik ki ba, pòv difizyon ityòm ion, ak konduktiviti pòv nan tanperati ki ba, ki ogmante rezistans entèn nan batri a, ki se anpil afekte pa polarizasyon, ak chaj batri a ak egzeyat yo anpeche. Se poutèt sa, pèfòmans nan tanperati ki ba se pa ideyal.

Lè w ap etidye konpòtman chaj-egzeyat LiFePO4 nan tanperati ki ba, Gu Yijie et al. te jwenn ke efikasite coulombic li tonbe soti nan 100% nan 55 ° C a 96% nan 0 ° C ak 64% nan -20 ° C, respektivman; vòltaj la egzeyat diminye soti nan 3.11V nan 55 ° C. Diminye a 2.62V nan -20 ° C.

Xing et al. modifye LiFePO4 ak nanokarbon epi li te jwenn ke apre yo fin ajoute ajan kondiktif nanokarbon, pèfòmans elektwochimik nan LiFePO4 te mwens sansib a tanperati, ak pèfòmans nan tanperati ki ba yo te amelyore; vòltaj la egzeyat nan modifye LiFePO4 ogmante soti nan 3.40 nan 25 °CV gout nan 3.09V nan -25 °C, yon diminisyon nan sèlman 9.12%; ak efikasite selil li nan -25 ° C se 57.3%, ki pi wo pase 53.4% ​​san ajan kondiktif nano-kabòn.

Dènyèman, LiMnPO4 te atire anpil enterè. Etid la te jwenn ke LiMnPO4 gen avantaj ki genyen nan gwo potansyèl (4.1V), pa gen okenn polisyon, pri ki ba, ak gwo kapasite espesifik (170mAh / g). Sepandan, akòz konduktiviti iyonik ki pi ba nan LiMnPO4 pase LiFePO4, Fe souvan itilize pou ranplase pasyèlman Mn pou fòme solisyon solid LiMn0.8Fe0.2PO4 nan pratik.

Pwopriyete tanperati ki ba nan materyèl anod pou pil ityòm ion

Konpare ak materyèl elektwòd pozitif la, deteryorasyon tanperati ki ba nan materyèl elektwòd negatif nan batri ityòm ion pi grav, sitou pou twa rezon sa yo:

Lè chaje ak egzeyat nan tanperati ki ba ak pousantaj segondè, batri a se seryezman polarize, ak yon gwo kantite metal ityòm depoze sou sifas la nan elektwòd negatif la, ak pwodwi a reyaksyon nan metal ityòm ak elektwolit jeneralman pa gen konduktivite;

Soti nan yon pwen de vi tèmodinamik, elektwolit la gen yon gwo kantite gwoup polè tankou CO ak CN, ki ka reyaji ak materyèl la elektwòd negatif, ak fim nan fòme SEI se pi sansib a tanperati ki ba;

Elektwòd negatif kabòn lan difisil pou entèrkalye ityòm nan tanperati ki ba, epi gen chaj asimetri ak egzeyat.

foto

Rechèch sou elektwolit tanperati ki ba

Elektwolit la jwe wòl nan transpòte Li + nan pil ityòm-ion, ak konduktiviti iyonik li yo ak SEI fim-fòme pwopriyete gen yon enpak siyifikatif sou pèfòmans nan ba-tanperati nan batri a. Gen twa endikatè prensipal pou jije avantaj ak dezavantaj elektwolit ba-tanperati: konduktiviti iyonik, fenèt elektwochimik ak reyaksyon elektwòd. Nivo twa endikatè sa yo depann nan yon gwo limit sou materyèl konstitiyan li yo: sòlvan, elektwolit (sèl ityòm), ak aditif. Se poutèt sa, rechèch la sou pèfòmans nan tanperati ki ba nan chak pati nan elektwolit la gen gwo siyifikasyon pou konprann ak amelyore pèfòmans nan tanperati ki ba nan batri a.

Konpare ak karbonat chèn, karakteristik tanperati ki ba nan elektwolit ki baze sou EC, karbonat siklik gen yon estrikti kontra enfòmèl ant, gwo fòs aji, ak pi wo pwen k ap fonn ak viskozite. Sepandan, gwo polarite ki pote pa estrikti bag la fè li souvan gen yon gwo konstan dielectric. Gwo konstan dyelèktrik la, segondè konduktiviti iyonik, ak ekselan pwopriyete fim-fòme nan Solvang EC efektivman anpeche ko-ensèsyon nan molekil sòlvan, fè yo endispansab. Se poutèt sa, pi fò nan sistèm elektwolit ba-tanperati yo itilize souvan yo baze sou EC, ak Lè sa a, melanje Ti molekil sòlvan ak pwen k ap fonn ki ba.

Sèl ityòm se yon eleman enpòtan nan elektwolit. Sèl ityòm nan elektwolit la ka pa sèlman amelyore konduktiviti iyonik solisyon an, men tou, redwi distans difizyon Li + nan solisyon an. An jeneral, pi gwo konsantrasyon nan Li + nan solisyon an, se pi gwo konduktiviti iyonik la. Sepandan, konsantrasyon nan iyon ityòm nan elektwolit la pa lineyèman ki gen rapò ak konsantrasyon nan sèl ityòm, men se parabolik. Sa a se paske konsantrasyon nan iyon ityòm nan sòlvan an depann sou fòs nan disosyasyon an ak asosyasyon nan sèl ityòm nan sòlvan an.

Rechèch sou elektwolit tanperati ki ba

Anplis de konpozisyon batri a tèt li, faktè pwosesis nan operasyon aktyèl la pral gen tou yon gwo enpak sou pèfòmans batri a.
(1) Pwosesis preparasyon. Yaqub et al. etidye efè chaj elektwòd ak epesè kouch sou pèfòmans nan tanperati ki ba nan batri LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 /Graphite epi li te jwenn ke an tèm de retansyon kapasite, pi piti chaj la elektwòd ak mens kouch nan kouch, pi bon an ba a. pèfòmans tanperati. .

(2) Eta chaj ak egzeyat. Petzl et al. etidye efè eta ba-tanperati chaj-egzeyat sou lavi sik batri, epi li te jwenn ke lè pwofondè nan egzeyat se gwo, li pral lakòz pi gwo pèt kapasite ak diminye lavi sik.

(3) Lòt faktè. Sifas la, gwosè pò, dansite elektwòd, mouillabilite nan elektwòd la ak elektwolit, ak separasyon, elatriye, tout afekte pèfòmans nan tanperati ki ba nan ityòm-ion pil. Anplis de sa, enfliyans nan materyèl ak pwosesis domaj sou pèfòmans nan tanperati ki ba nan batri a pa ka inyore.

Rezime

Yo nan lòd yo asire pèfòmans nan tanperati ki ba nan ityòm-ion pil, pwen sa yo bezwen fè:

(1) Fòme yon fim SEI mens ak dans;

(2) Asire ke Li + gen yon gwo koyefisyan difizyon nan materyèl aktif la;

(3) Elektwolit la gen gwo konduktiviti iyonik nan tanperati ki ba.

Anplis de sa, rechèch la ka jwenn tou yon lòt fason yo gade nan yon lòt kalite ityòm-ion batri-tout-solid-eta ityòm-ion batri. Konpare ak pil ityòm-ion konvansyonèl yo, batri ityòm-ion tout solid-eta, espesyalman tout-eta solid-fim mens ityòm-ion pil, yo espere konplètman rezoud pwoblèm nan dekonpozisyon kapasite ak sekirite sik lè pil yo itilize nan tanperati ki ba. c