Zënter Lithium-Ion-Batterien op de Maart koumen, gi se wäit benotzt wéinst hire Virdeeler vum laange Liewen, grousser spezifescher Kapazitéit a kee Gedächtniseffekt. Niddereg Temperaturverbrauch vu Lithium-Ion-Batterien huet Probleemer wéi niddereg Kapazitéit, sérieux Dämpfung, schlecht Zyklusgeschwindegkeet, offensichtlech Lithiumablagerung an onbalancéiert Lithiumextraktioun. Wéi och ëmmer, mat der kontinuéierlecher Expansioun vun Applikatiounsfelder, ginn d’Aschränkungen, déi duerch déi schlecht Tieftemperaturleistung vu Lithium-Ion Batterien verursaacht ginn, ëmmer méi offensichtlech.

Laut Berichter ass d’Entladungskapazitéit vu Lithium-Ion-Batterien bei -20°C nëmmen ongeféier 31.5% vun där bei Raumtemperatur. D’Betribstemperatur vun traditionelle Lithium-Ion-Batterien läit tëscht -20 an +55 °C. Wéi och ëmmer, an de Felder vun der Raumfaart, Militärindustrie, Elektroautoen, asw., muss d’Batterie normalerweis bei -40°C funktionnéieren. Dofir ass et vu grousser Bedeitung fir d’Tieftemperatureigenschafte vu Li-Ion Batterien ze verbesseren.

Facteure Limitéiert niddereg Temperatur Leeschtung vun Li-Ion Batterien

An engem nidderegen Temperaturen Ëmfeld erhéicht d’Viskositéit vum Elektrolyt a souguer deelweis solidifizéiert, wat zu enger Ofsenkung vun der Konduktivitéit vu Lithium-Ion Batterien resultéiert.

D’Kompatibilitéit tëscht dem Elektrolyt an der negativer Elektrode an dem Separator gëtt aarm an engem nidderegen Temperaturëmfeld.

D’negativ Elektrode vun Lithium-Ion Batterie huet grave Lithium Nidderschlag ënner niddereg Temperatur Ëmfeld, an der Ausgefall Metal Lithium reagéiert mat der electrolyte, a seng Produit Oflagerung féiert zu enger Erhéijung vun der deck vun der staark-elektrolyt Interface (SEI).

An niddreg Temperaturen Ëmfeld reduzéiert d’Diffusiounssystem vu Li-Ion Batterien am aktive Material, an d’Ladetransferresistenz (Rct) erhéicht wesentlech.

Diskussioun iwwer Faktoren déi niddereg Temperatur Leeschtung vun Li-Ion Batterien Afloss

Expert Meenung 1: Den Elektrolyt huet de gréissten Impakt op d’Tieftemperaturleistung vu Lithium-Ion-Batterien, an d’Zesummesetzung an d’physikalesch-chemesch Eegeschafte vum Elektrolyt hunn e wichtegen Impakt op d’Tieftemperaturleistung vun der Batterie. D’Problemer, déi de Batteriezyklus bei niddreger Temperatur konfrontéiert sinn: d’Viskositéit vum Elektrolyt wäert eropgoen, an d’Ionleitungsgeschwindegkeet wäert méi lues ginn, wat zu engem Mëssverständnis vun der Elektronenmigratiounsgeschwindegkeet vum externe Circuit resultéiert, sou datt d’Batterie staark polariséiert ass, an d’Laascht an d’Entladungskapazitéit gëtt staark reduzéiert. Besonnesch beim Laden bei niddreger Temperatur bilden Lithiumionen liicht Lithiumdendriten op der Uewerfläch vun der negativer Elektrode, wat zu Batterieausfall resultéiert.

Déi niddreg Temperaturleistung vum Elektrolyt ass enk mat der Gréisst vun der Konduktivitéit vum Elektrolyt selwer verbonnen. Den Elektrolyt mat héijer Konduktivitéit iwwerdréit Ionen séier a ka méi Kapazitéit bei niddreger Temperatur ausüben. Wat d’Lithiumsalz am Elektrolyt méi dissoziéiert ass, wat d’Zuel vun de Migratiounen méi héich ass an d’Konduktivitéit méi héich ass. Wat méi héich d’elektresch Konduktivitéit ass, wat méi séier d’Ionenleitungsquote ass, wat manner d’Polariséierung ass, an dest besser d’Leeschtung vun der Batterie bei niddreger Temperatur. Dofir ass méi héich elektresch Konduktivitéit eng noutwendeg Bedingung fir eng gutt niddreg Temperaturleistung vu Lithium-Ion Batterien z’erreechen.

D’Konduktivitéit vum Elektrolyt ass mat der Zesummesetzung vum Elektrolyt verbonnen, an d’Reduktioun vun der Viskositéit vum Léisungsmëttel ass ee vun de Weeër fir d’Konduktivitéit vum Elektrolyt ze verbesseren. Déi gutt Flëssegkeet vum Léisungsmëttel bei niddreger Temperatur ass d’Garantie vum Ionentransport, an de festen Elektrolytfilm geformt vum Elektrolyt op der negativer Elektrode bei niddreger Temperatur ass och de Schlëssel fir d’Leedung vu Lithiumionen ze beaflossen, an RSEI ass d’Haaptimpedanz. vun Lithium-Ion Batterien an niddreg Temperaturen Ëmfeld.

Expert 2: Den Haaptfaktor, deen d’Tieftemperaturleistung vu Lithium-Ion-Batterien limitéiert ass déi staark erhéicht Li + Diffusiounsresistenz bei niddregen Temperaturen, net de SEI-Film.

Niddereg Temperatur Eegeschafte vun cathode Material fir Lithium Ion Batterien

1. Niddereg Temperatur Eegeschafte vun layered cathode Materialien

D’Schichtstruktur huet net nëmmen déi onvergläichbar Tauxleistung vun eendimensionalen Lithium-Ion-Diffusiounskanäl, awer huet och d’strukturell Stabilitéit vun dreidimensionalen Kanäl. Et ass dat éischt kommerziell Kathodematerial fir Lithium-Ionbatterien. Seng representativ Substanzen sinn LiCoO2, Li(Co1-xNix)O2 a Li(Ni, Co, Mn)O2 a sou weider.

Xie Xiaohua et al. huet LiCoO2 / MCMB als Fuerschungsobjekt geholl an huet seng Low-Temperature Charge-Entladungseigenschaften getest.

D’Resultater weisen datt mat der Ofsenkung vun der Temperatur d’Entladungsplattform vun 3.762V (0°C) op 3.207V (–30°C) fällt; déi total Batteriekapazitéit fällt och staark vun 78.98mA·h (0°C) op 68.55mA·h (–30°C).

2. Niddereg-Temperatur Charakteristiken vun spinel-strukturéiert cathode Materialien

D’Spinel Struktur LiMn2O4 Cathode Material huet d’Virdeeler vun niddereg Käschten an Net-toxicity well et net Co Element enthält.

Wéi och ëmmer, d’Valenzverännerlechkeet vu Mn an de Jahn-Teller Effekt vu Mn3+ féieren zu der struktureller Onstabilitéit a schlechter Reversibilitéit vun dëser Komponent.

Peng Zhengshun et al. huet drop higewisen datt verschidde Virbereedungsmethoden e groussen Afloss op d’elektrochemesch Leeschtung vu LiMn2O4 Kathodematerialien hunn. Rct als Beispill huelen: de Rct vu LiMn2O4 synthetiséiert duerch Héichtemperatur Festphase Method ass wesentlech méi héich wéi déi vun der Sol-Gel Method, an dëst Phänomen ass net vu Lithiumionen beaflosst. Den Diffusiounskoeffizient gëtt och reflektéiert. De Grond ass datt verschidde Synthesemethoden e groussen Afloss op d’Kristallinitéit an d’Morphologie vun de Produkter hunn.

3. Niddereg Temperaturcharakteristike vu Kathodematerialien vum Phosphatsystem

Wéinst senger exzellenter Volumenstabilitéit a Sécherheet ass LiFePO4, zesumme mat ternäre Materialien, den Haaptkierper vun aktuellen Batterie-Kathodematerialien ginn. Déi schlecht Tieftemperaturleistung vu Lithium Eisenphosphat ass haaptsächlech well säi Material selwer en Isolator ass, mat enger gerénger elektronescher Konduktivitéit, enger schlechter Lithium-Iondiffusivitéit, a schlechter Konduktivitéit bei niddreger Temperatur, wat d’intern Resistenz vun der Batterie erhéicht, déi staark beaflosst ass Polariséierung, an d’Batterieladung an d’Entladung gëtt behënnert. Dofir ass déi niddreg Temperatur Leeschtung net ideal.

Wann Dir d’Laascht-Entladungsverhalen vu LiFePO4 bei niddreger Temperatur studéiert, Gu Yijie et al. fonnt datt seng coulombesch Effizienz vun 100% bei 55°C op 96% bei 0°C an 64% bei -20°C gefall ass, respektiv; d’Entladungsspannung ass vun 3.11V bei 55°C erofgaang. Reduktioun op 2.62V bei –20°C.

Xing et al. modifizéiert LiFePO4 mat Nanocarbon a festgestallt, datt no der Zousatz vun Nanocarbon-leitend Agent d’elektrochemesch Leeschtung vu LiFePO4 manner empfindlech op d’Temperatur war, an d’Temperaturleistung verbessert gouf; d’Entladungsspannung vum modifizéierten LiFePO4 erhéicht vun 3.40 bei 25 °CV fällt op 3.09V bei –25 °C, eng Ofsenkung vun nëmmen 9.12%; a seng Zelleffizienz bei -25 ° C ass 57.3%, wat méi héich ass wéi 53.4% ouni Nano-Kuelestoffleitungsmëttel.

Viru kuerzem huet LiMnPO4 vill Interessi ugezunn. D’Studie huet festgestallt datt LiMnPO4 d’Virdeeler vum héije Potenzial (4.1V), keng Verschmotzung, niddere Präis a grouss spezifesch Kapazitéit (170mAh / g) huet. Wéi och ëmmer, wéinst der niddereger ionescher Konduktivitéit vu LiMnPO4 wéi LiFePO4, gëtt Fe dacks benotzt fir Mn deelweis ze ersetzen fir LiMn0.8Fe0.2PO4 zolidd Léisung an der Praxis ze bilden.

Niddereg Temperatur Eegeschafte vun Anode Material fir Lithium Ion Batterien

Am Verglach mam positiven Elektrodenmaterial ass d’Temperaturverschlechterung vum negativen Elektrodenmaterial vun der Lithium-Ionbatterie méi eescht, haaptsächlech aus den folgenden dräi Grënn:

Beim Opluedstatioun an Entladung bei niddregen Temperaturen an héijen Taux ass d’Batterie eescht polariséiert, an eng grouss Quantitéit Metalllithium gëtt op der Uewerfläch vun der negativer Elektrode deposéiert, an d’Reaktiounsprodukt vu Metalllithium an Elektrolyt huet allgemeng keng Konduktivitéit;

Vun enger thermodynamescher Siicht enthält den Elektrolyt eng grouss Zuel vu polare Gruppen wéi CO a CN, déi mat dem negativen Elektrodenmaterial reagéiere kënnen, an de geformte SEI-Film ass méi ufälleg fir niddereg Temperatur;

D’Kuelestoff negativ Elektrode ass schwéier Lithium bei niddregen Temperaturen ze intercaléieren, an et gëtt asymmetresch Ladung an Entladung.

Bild

Fuerschung iwwer niddereg Temperatur Elektrolyt

Den Elektrolyt spillt d’Roll vum Transport vu Li+ a Lithium-Ion-Batterien, a seng ionesch Konduktivitéit an SEI-filmbildend Eegeschafte hunn e wesentlechen Impakt op d’Nidderegtemperaturleistung vun der Batterie. Et ginn dräi Haaptindikatoren fir d’Pros a Cons vun niddereg-Temperatur Elektrolyte ze beurteelen: ionesch Konduktivitéit, elektrochemesch Fënster an Elektrodenreaktivitéit. Den Niveau vun dësen dräi Indikatoren hänkt zu engem groussen Deel vu senge Komponenten of: Léisungsmëttel, Elektrolyt (Lithiumsalz) an Zousatzstoffer. Dofir ass d’Fuerschung iwwer déi niddreg Temperaturleistung vun all Deel vum Elektrolyt vu grousser Bedeitung fir d’Niddertemperaturleistung vun der Batterie ze verstoen an ze verbesseren.

Am Verglach mat Kettenkarbonaten hunn d’Tieftemperatureigenschaften vun EC-baséiert Elektrolyte, zyklesch Karbonaten eng kompakt Struktur, grouss Handlungskraaft a méi héije Schmelzpunkt a Viskositéit. Wéi och ëmmer, déi grouss Polaritéit, déi vun der Ringstruktur bruecht gëtt, mécht et dacks eng grouss Dielektresch Konstant. Déi grouss dielektresch Konstant, héich ionesch Konduktivitéit, an exzellente filmbildende Eegeschafte vun EC Léisungsmëttel verhënnert effektiv d’Co-Insertion vu Léisungsmëttelmoleküle, sou datt se onverzichtbar sinn. Dofir sinn déi meescht vun den allgemeng benotzte Low-Temperatur Elektrolytsystemer op EC baséiert, an dann gemëscht Klengmolekül Léisungsmëttel mat nidderegem Schmelzpunkt.

Lithium Salz ass e wichtege Bestanddeel vun Elektrolyt. Lithium Salz am Elektrolyt kann net nëmmen d’ionesch Konduktivitéit vun der Léisung verbesseren, awer och d’Diffusiounsdistanz vu Li+ an der Léisung reduzéieren. Am Allgemengen, wat méi d’Konzentratioun vu Li+ an der Léisung ass, wat méi grouss d’ionesch Konduktivitéit ass. Wéi och ëmmer, d’Konzentratioun vu Lithiumionen am Elektrolyt ass net linear mat der Konzentratioun vu Lithiumsalze verbonnen, awer ass parabolesch. Dëst ass well d’Konzentratioun vu Lithiumionen am Léisungsmëttel hänkt vun der Stäerkt vun der Dissoziatioun an der Associatioun vu Lithiumsalze am Léisungsmëttel of.

Fuerschung iwwer niddereg Temperatur Elektrolyt

Nieft der Zesummesetzung vun der Batterie selwer, Prozess Faktoren an aktuell Operatioun wäert och e groussen Impakt op d’Leeschtung vun der Batterie hunn.
(1) Virbereedungsprozess. Yaqub et al. studéiert den Effekt vun der Elektrodebelaaschtung an der Beschichtungsdicke op d’Temperaturleistung vu LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 /Graphite Batterien a fonnt datt wat d’Kapazitéitsretentioun ugeet, wat méi kleng d’Elektrodebelaaschtung an déi méi dënn d’Beschichtungsschicht, wat besser ass déi niddereg Temperatur Leeschtung. .

(2) Staat vun charge an Offlossquantitéit. Petzl et al. studéiert den Effet vun niddereg-Temperatur charge-Entladung Staat op Batterie Zyklus Liewen, a fonnt, datt wann d’Déift vun Offlossquantitéit grouss ass, et méi Kapazitéit Verloscht Ursaach an Zyklus Liewen reduzéieren.

(3) Aner Faktoren. D’Uewerfläch, d’Poregréisst, d’Elektrodendicht, d’Befeuchtbarkeet vun der Elektrode an den Elektrolyt, an de Separator, asw., beaflossen all d’Niddertemperaturleistung vu Lithium-Ion-Batterien. Zousätzlech kann den Afloss vu Material- a Prozessdefekter op déi niddreg Temperaturleistung vun der Batterie net ignoréiert ginn.

Summaréieren

Fir déi niddreg Temperaturleistung vu Lithium-Ion Batterien ze garantéieren, musse folgend Punkte gemaach ginn:

(1) Form eng dënn an dichten SEI Film;

(2) Suergen, datt Li + eng grouss Diffusioun Koeffizient am aktiv Material huet;

(3) Den Elektrolyt huet eng héich ionesch Konduktivitéit bei niddreger Temperatur.

Zousätzlech kann d’Fuerschung och en anere Wee fannen fir eng aner Aart vu Lithium-Ion Batterie-all-Solid-State Lithium-Ion Batterie ze kucken. Am Verglach mat konventionelle Lithium-Ion-Batterien, all-Solid-State Lithium-Ion Batterien, besonnesch All-Solid-State Dënn-Film Lithium-Ion Batterien, ginn erwaart de Problem vum Kapazitéitverfall a Zyklussécherheet komplett ze léisen wann d’Batterien benotzt ginn. niddreg Temperaturen. c