Wiwit baterei lithium-ion mlebu pasar, wis digunakake kanthi akeh amarga kaluwihan umur dawa, kapasitas spesifik sing gedhe, lan ora ana efek memori. Panggunaan baterei lithium-ion ing suhu kurang duwe masalah kayata kapasitas kurang, atenuasi serius, kinerja tingkat siklus sing kurang, deposisi lithium sing jelas, lan ekstraksi lithium sing ora seimbang. Nanging, kanthi ekspansi lapangan aplikasi sing terus-terusan, kendala sing disebabake dening kinerja baterei lithium-ion ing suhu rendah saya tambah akeh.

Miturut laporan, kapasitas discharge baterei lithium-ion ing -20 ° C mung udakara 31.5% ing suhu kamar. Suhu operasi baterei lithium-ion tradisional antarane -20 lan +55 °C. Nanging, ing bidang aerospace, industri militer, kendharaan listrik, lan sapiturute, baterei kudu bisa digunakake kanthi normal ing -40°C. Mulane, iku pinunjul gedhe kanggo nambah sifat-suhu kurang saka baterei Li-ion.

Faktor Watesan Kinerja Suhu Kurang saka Baterei Li-ion

Ing lingkungan suhu sing kurang, viskositas elektrolit mundhak lan malah sebagian solidifies, nyebabake nyuda konduktivitas baterei lithium-ion.

Kompatibilitas antarane elektrolit lan elektroda negatif lan separator dadi miskin ing lingkungan suhu kurang.

Elektroda negatif saka baterei lithium-ion wis udan lithium serius ing lingkungan suhu kurang, lan lithium logam precipitated ditanggepi karo elektrolit, lan deposition produk ndadékaké kanggo Tambah ing kekandelan antarmuka ngalangi-elektrolit (SEI).

Ing lingkungan suhu kurang, sistem difusi saka baterei Li-ion ing materi aktif sudo, lan resistance transfer daya (Rct) mundhak Ngartekno.

Dhiskusi babagan Faktor sing Ngaruhi Kinerja Suhu Kurang saka Baterei Li-ion

Mratelakake panemume ahli 1: Elektrolit nduweni pengaruh paling gedhe marang kinerja baterei lithium-ion ing suhu rendah, lan komposisi lan sifat fisikokimia elektrolit duweni pengaruh penting ing kinerja baterei ing suhu rendah. Masalah sing diadhepi dening siklus baterei ing suhu kurang yaiku: viskositas elektrolit bakal nambah, lan kacepetan konduksi ion bakal dadi luwih alon, nyebabake ketidakcocokan kecepatan migrasi elektron saka sirkuit eksternal, saengga baterei wis polarisasi banget, lan daya lan kapasitas discharge suda banget. Utamane nalika ngisi daya ing suhu sing kurang, ion lithium kanthi gampang mbentuk dendrit litium ing permukaan elektroda negatif, sing nyebabake kegagalan baterei.

Kinerja suhu rendah saka elektrolit raket banget karo ukuran konduktivitas elektrolit kasebut. Elektrolit kanthi konduktivitas dhuwur ngirimake ion kanthi cepet lan bisa ngetrapake kapasitas luwih akeh ing suhu sing sithik. Sing luwih disosiasi uyah litium ing elektrolit, luwih dhuwur jumlah migrasi lan luwih dhuwur konduktivitas. Sing luwih dhuwur konduktivitas listrik, luwih cepet tingkat konduksi ion, kurang polarisasi, lan luwih apik kinerja baterei ing suhu sing kurang. Mula, konduktivitas listrik sing luwih dhuwur minangka syarat sing dibutuhake kanggo entuk kinerja baterei lithium-ion ing suhu rendah.

Konduktivitas elektrolit ana gandhengane karo komposisi elektrolit, lan nyuda viskositas pelarut minangka salah sawijining cara kanggo nambah konduktivitas elektrolit. Ing fluidity apik saka solvent ing suhu kurang iku njamin transportasi ion, lan film elektrolit ngalangi kawangun dening elektrolit ing elektroda negatif ing suhu kurang uga tombol kanggo mengaruhi konduksi ion lithium, lan RSEI minangka impedansi utama. baterei lithium ion ing lingkungan suhu kurang.

Pakar 2: Faktor utama sing mbatesi kinerja suhu rendah baterei lithium-ion yaiku resistensi difusi Li + sing tambah akeh ing suhu sing sithik, dudu film SEI.

Sifat suhu rendah bahan katoda kanggo baterei lithium ion

1. Sifat suhu rendah saka bahan katoda berlapis

Struktur berlapis ora mung nduweni kinerja tingkat sing ora bisa ditandingi saka saluran difusi ion lithium siji-dimensi, nanging uga nduweni stabilitas struktur saluran telung dimensi. Iki minangka bahan katoda komersial paling wiwitan kanggo baterei lithium ion. Zat perwakilan yaiku LiCoO2, Li(Co1-xNix)O2 lan Li(Ni, Co, Mn)O2 lan liya-liyane.

Xie Xiaohua et al. njupuk LiCoO2 / MCMB minangka obyek riset lan nguji karakteristik pangisian daya suhu rendah.

Asil nuduhake yen kanthi nyuda suhu, platform discharge mudhun saka 3.762V (0°C) dadi 3.207V (-30°C); kapasitas baterei total uga suda banget saka 78.98mA·h (0°C) dadi 68.55mA·h (–30°C).

2. Karakteristik suhu rendah saka bahan katoda struktur spinel

Bahan katoda struktur spinel LiMn2O4 nduweni kaluwihan biaya murah lan ora beracun amarga ora ngemot unsur Co.

Nanging, variasi valensi Mn lan efek Jahn-Teller saka Mn3+ nyebabake ketidakstabilan struktural lan kebalikan sing ora apik saka komponen iki.

Peng Zhengshun et al. Nuding metu sing cara preparation beda duwe pengaruh gedhe ing kinerja elektrokimia bahan katoda LiMn2O4. Njupuk Rct minangka conto: ing Rct saka LiMn2O4 disintesis dening suhu dhuwur suhu ngalangi-phase cara Ngartekno luwih saka cara sol-gel, lan kedadean iki ora kena pengaruh dening ion lithium. Koefisien difusi uga dibayangke. Alesane yaiku metode sintesis sing beda duwe pengaruh gedhe ing kristal lan morfologi produk.

3. Karakteristik suhu rendah bahan katoda sistem fosfat

Amarga stabilitas lan safety volume banget, LiFePO4, bebarengan karo bahan terner, wis dadi awak utama bahan cathode baterei daya saiki. Kinerja suhu kurang saka lithium wesi fosfat utamane amarga materi kasebut minangka insulator, kanthi konduktivitas elektronik sing kurang, diffusivity ion lithium sing kurang, lan konduktivitas sing kurang ing suhu sing kurang, sing nambah resistensi internal baterei, sing kena pengaruh banget. polarisasi, lan pangisian daya lan discharge baterei dihalangi. Mulane, kinerja suhu kurang ora becik.

Nalika sinau prilaku muatan-discharge LiFePO4 ing suhu kurang, Gu Yijie et al. nemokake yen efisiensi coulombik mudhun saka 100% ing 55 ° C dadi 96% ing 0 ° C lan 64% ing -20 ° C; voltase discharge mudhun saka 3.11V ing 55°C. Ngurangi dadi 2.62V ing -20°C.

Xing et al. modifikasi LiFePO4 karo nanokarbon lan nemokake yen sawise nambahake agen konduktif nanokarbon, kinerja elektrokimia LiFePO4 kurang sensitif marang suhu, lan kinerja suhu kurang apik; voltase discharge saka LiFePO4 sing diowahi tambah saka 3.40 ing 25 °CV mudhun dadi 3.09V ing -25 °C, nyuda mung 9.12%; lan efisiensi sel ing -25 ° C yaiku 57.3%, sing luwih dhuwur tinimbang 53.4% tanpa agen konduktif nano-karbon.

Bubar, LiMnPO4 wis narik kawigaten akeh. Panliten kasebut nemokake yen LiMnPO4 nduweni kaluwihan potensial dhuwur (4.1V), ora ana polusi, rega murah, lan kapasitas spesifik gedhe (170mAh/g). Nanging, amarga konduktivitas ion LiMnPO4 luwih murah tinimbang LiFePO4, Fe asring digunakake kanggo ngganti sebagian Mn kanggo mbentuk solusi padat LiMn0.8Fe0.2PO4 ing praktik.

Sifat suhu rendah bahan anoda kanggo baterei lithium ion

Dibandhingake karo materi elektroda positif, rusak suhu kurang saka materi elektroda negatif baterei lithium ion luwih serius, utamané kanggo telung alasan ing ngisor iki:

Nalika ngisi daya lan discharging ing suhu kurang lan tingkat dhuwur, baterei wis polarized akeh, lan jumlah gedhe saka lithium logam wis setor ing lumahing elektroda negatif, lan produk reaksi saka logam lithium lan elektrolit umume ora duwe konduktivitas;

Saka sudut pandang termodinamika, elektrolit ngemot akeh gugus polar kayata CO lan CN, sing bisa bereaksi karo materi elektroda negatif, lan film SEI sing dibentuk luwih rentan marang suhu sing kurang;

Elektroda negatif karbon angel intercalate lithium ing suhu kurang, lan ana daya asimetris lan discharge.

Gambar

Panliten babagan Elektrolit Suhu Kurang

Elektrolit nduweni peran kanggo ngeterake Li + ing baterei lithium-ion, lan konduktivitas ion lan sifat pembentuk film SEI duweni pengaruh sing signifikan marang kinerja baterei ing suhu rendah. Ana telung pratondho utama kanggo ngadili pro lan kontra elektrolit suhu rendah: konduktivitas ion, jendela elektrokimia lan reaktivitas elektroda. Tingkat saka telung indikator kasebut gumantung banget marang bahan-bahan konstituen: pelarut, elektrolit (uyah litium), lan aditif. Mulane, riset ing kinerja suhu kurang saka saben bagean saka elektrolit punika pinunjul gedhe kanggo pangerten lan Ngapikake kinerja suhu kurang saka baterei.

Dibandhingake karo karbonat rantai, karakteristik suhu rendah elektrolit adhedhasar EC, karbonat siklik duwe struktur kompak, gaya akting sing gedhe, lan titik lebur lan viskositas sing luwih dhuwur. Nanging, polaritas gedhe sing digawa dening struktur dering ndadekake kerep duwe konstanta dielektrik sing gedhe. Konstanta dielektrik sing gedhe, konduktivitas ion sing dhuwur, lan sifat-sifat pembentuk film sing apik saka pelarut EC kanthi efektif nyegah panyisipan molekul pelarut, saengga ora bisa dipisahake. Mula, umume sistem elektrolit suhu rendah sing umum digunakake adhedhasar EC, banjur dicampur karo pelarut molekul cilik kanthi titik leleh sing kurang.

Garam litium minangka komponèn penting saka elektrolit. Lithium uyah ing elektrolit ora mung bisa nambah konduktivitas ion saka solusi, nanging uga ngurangi jarak difusi Li + ing solusi. Umumé, sing luwih konsentrasi Li + ing solusi, sing luwih gedhe konduktivitas ion. Nanging, konsentrasi ion litium ing elektrolit ora ana hubungane karo konsentrasi uyah litium, nanging parabola. Iki amarga konsentrasi ion litium ing pelarut gumantung saka kekuatan disosiasi lan asosiasi uyah litium ing pelarut.

Panliten babagan Elektrolit Suhu Kurang

Saliyane komposisi baterei dhewe, faktor proses ing operasi nyata uga bakal duwe impact gedhe ing kinerja baterei.
(1) Proses persiapan. Yakub et al. sinau efek saka mbukak elektroda lan kekandelan nutupi ing kinerja suhu kurang saka LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 / baterei Grafit lan ketemu sing ing syarat-syarat penylametan kapasitas, sing cilik mbukak elektroda lan lancip lapisan nutupi, sing luwih apik kurang. kinerja suhu. .

(2) State of charge and discharge. Petzl et al. sinau efek saka kurang-suhu daya-discharge negara ing urip siklus baterei, lan ketemu sing nalika ambane saka discharge gedhe, iku bakal nimbulaké mundhut kapasitas luwih lan nyuda urip siklus.

(3) Faktor liyane. Area lumahing, ukuran pori, Kapadhetan elektroda, wettability saka elektroda lan elektrolit, lan separator, etc., kabeh mengaruhi kinerja suhu kurang saka baterei lithium-ion. Kajaba iku, pengaruh materi lan cacat proses ing kinerja suhu kurang saka baterei ora bisa digatèkaké.

Summarize

Kanggo mesthekake kinerja suhu kurang saka baterei lithium-ion, titik ing ngisor iki kudu rampung:

(1) Mbentuk film SEI sing tipis lan padhet;

(2) Priksa manawa Li + nduweni koefisien difusi gedhe ing bahan aktif;

(3) Elektrolit nduweni konduktivitas ion dhuwur ing suhu sing kurang.

Kajaba iku, riset uga bisa nemokake cara liya kanggo ndeleng jinis liyane saka baterei lithium-ion-kabeh-solid-state baterei lithium-ion. Dibandhingake karo baterei lithium-ion konvensional, baterei lithium-ion kabeh solid-state, utamane baterei lithium-ion film tipis kabeh solid-state, samesthine bakal ngrampungake masalah bosok kapasitas lan safety siklus nalika digunakake ing baterei. suhu kurang. c