جڏهن کان ليتيم آئن بيٽريون مارڪيٽ ۾ آيون آهن، اهي وڏي پيماني تي استعمال ڪيون ويون آهن انهن جي فائدن جي ڊگهي زندگي، وڏي مخصوص گنجائش، ۽ يادگيري جو اثر ناهي. ليتيم آئن بيٽرين جي گھٽ درجه حرارت جي استعمال ۾ مسئلا آھن جھڙوڪ گھٽ گنجائش، سنجيدگيءَ جي گھٽتائي، ناقص چڪر جي شرح جي ڪارڪردگي، واضح ليتيم جمع، ۽ غير متوازن ليتيم ڪڍڻ. بهرحال، ايپليڪيشن فيلڊز جي مسلسل توسيع سان، ليتيم آئن بيٽرين جي خراب گهٽ-درجه حرارت جي ڪارڪردگي جي ڪري رڪاوٽون وڌيڪ ۽ وڌيڪ واضح ٿي رهيون آهن.

رپورٽن مطابق، ليٿيم آئن بيٽرين جي خارج ٿيڻ جي صلاحيت -20 ° C تي صرف 31.5٪ آهي ان جي ڪمري جي حرارت تي. روايتي ليتيم آئن بيٽرين جو آپريٽنگ گرمي پد -20 ۽ +55 °C جي وچ ۾ آهي. بهرحال، ايرو اسپيس، فوجي صنعت، برقي گاڏين وغيره جي شعبن ۾، بيٽري کي عام طور تي -40 ° C تي ڪم ڪرڻ جي ضرورت آهي. تنهن ڪري، لي-آئن بيٽرين جي گهٽ درجه حرارت جي خاصيتن کي بهتر ڪرڻ لاء وڏي اهميت رکي ٿي.

لي آئن بيٽرين جي گھٽ درجه حرارت جي ڪارڪردگي کي محدود ڪرڻ وارا عنصر

گھٽ درجه حرارت واري ماحول ۾، اليڪٽرولائٽ جي ويسڪوسيٽي وڌائي ٿي ۽ اڃا به جزوي طور تي مضبوط ٿئي ٿي، نتيجي ۾ ليتيم آئن بيٽرين جي چالکائي ۾ گهٽتائي.

اليڪٽرولائيٽ ۽ منفي اليڪٽرروڊ ۽ جدا ڪندڙ جي وچ ۾ مطابقت گهٽ درجه حرارت واري ماحول ۾ خراب ٿي ويندي آهي.

ليتيم آئن بيٽري جي منفي اليڪٽرروڊ ۾ گھٽ درجه حرارت واري ماحول ۾ سنجيده ليٿيم ورجائي آهي، ۽ تيز ٿيل ڌاتو ليٿيم اليڪٽرولائيٽ سان رد عمل ظاهر ڪري ٿو، ۽ ان جي پيداوار جو ذخيرو سولڊ-اليڪٽرولائيٽ انٽرفيس (SEI) جي ٿلهي ۾ اضافو ڪري ٿو.

گھٽ درجه حرارت واري ماحول ۾، فعال مواد ۾ لي-آئن بيٽرين جو ڦهلائڻ وارو نظام گھٽجي ٿو، ۽ چارج جي منتقلي جي مزاحمت (Rct) خاص طور تي وڌي ٿو.

لي آئن بيٽرين جي گھٽ درجه حرارت جي ڪارڪردگي کي متاثر ڪندڙ عنصرن تي بحث

ماهرن جي راءِ 1: اليڪٽرولائٽ جو سڀ کان وڏو اثر ليٿيم آئن بيٽرين جي گھٽ درجه حرارت جي ڪارڪردگي تي پوندو آهي، ۽ اليڪٽرولائيٽ جي ساخت ۽ جسماني ڪيميڪل ملڪيتن جو بيٽري جي گهٽ درجه حرارت جي ڪارڪردگي تي اهم اثر پوندو آهي. گهٽ درجه حرارت تي بيٽري جي چڪر کي درپيش مسئلا هي آهن: اليڪٽرولائٽ جي ويسڪوسيٽي وڌي ويندي، ۽ آئن جي وهڪري جي رفتار سست ٿي ويندي، نتيجي ۾ خارجي سرڪٽ جي اليڪٽران جي منتقلي جي رفتار سان مطابقت نه ٿيندي، تنهنڪري بيٽري سختي سان پولرائز ٿي ويندي آهي، ۽ چارج ۽ خارج ڪرڻ جي صلاحيت تيزيء سان گھٽجي وئي آهي. خاص طور تي جڏهن گهٽ درجه حرارت تي چارج ڪري رهيا آهن، ليتيم آئنز آساني سان منفي اليڪٽرروڊ جي مٿاڇري تي ليٿيم ڊينڊريٽ ٺاهيندا آهن، نتيجي ۾ بيٽري ناڪامي ٿي.

اليڪٽرولائٽ جي گھٽ درجه حرارت جي ڪارڪردگي جو تعلق پاڻ کي اليڪٽرولائيٽ جي چالکائي جي سائيز سان آهي. اعلي چالکائي سان اليڪٽرولائيٽ آئن کي جلدي منتقل ڪري ٿو ۽ گهٽ درجه حرارت تي وڌيڪ ظرفيت وڌائي سگھي ٿو. وڌيڪ اليڪٽرولائٽ ۾ ليتيم لوڻ کي الڳ ڪيو ويو، لڏپلاڻ جو وڌيڪ تعداد ۽ اعلي چالکائي. بجلي جي چالکائي جيتري وڌيڪ هوندي، اوتري تيز آئن ڪنڪشن جي شرح، گهٽ پولرائزيشن، ۽ گهٽ درجه حرارت تي بيٽري جي ڪارڪردگي بهتر هوندي. تنهن ڪري، اعلي برقي چالکائي هڪ ضروري شرط آهي ته ليتيم آئن بيٽرين جي سٺي گهٽ-درجه حرارت جي ڪارڪردگي حاصل ڪرڻ لاء.

اليڪٽرولائٽ جي چالکائي اليڪٽرولائيٽ جي ٺهڻ سان لاڳاپيل آهي، ۽ محلول جي ويسڪوسيٽي کي گهٽائڻ اليڪٽرولائٽ جي چالکائي کي بهتر ڪرڻ جو هڪ طريقو آهي. گھٽ درجه حرارت تي سالوينٽ جي سٺي روانگي آئن ٽرانسپورٽ جي ضمانت آهي، ۽ گهٽ درجه حرارت تي منفي اليڪٽرروڊ تي اليڪٽرولائٽ پاران ٺهيل مضبوط اليڪٽرولائٽ فلم پڻ ليٿيم آئنز جي وهڪري کي متاثر ڪرڻ جي ڪنجي آهي، ۽ RSEI بنيادي رڪاوٽ آهي. گھٽ درجه حرارت واري ماحول ۾ ليتيم آئن بيٽرين جو.

ماهر 2: ليتيم آئن بيٽرين جي گھٽ درجه حرارت جي ڪارڪردگي کي محدود ڪرڻ جو بنيادي عنصر گھٽ درجه حرارت تي تيزيءَ سان وڌيل Li + diffusion resistance آھي، نه SEI فلم.

ليتيم آئن بيٽرين لاءِ ڪيٿوڊ مواد جي گھٽ درجه حرارت جا خاصيتون

1. پرت ٿيل ڪيٿوڊ مواد جي گھٽ درجه حرارت جا خاصيتون

پرت واري ڍانچي ۾ نه رڳو هڪ طرفي ليتيم آئن ڊفيوشن چينلز جي لاجواب شرح ڪارڪردگي آهي، پر ان ۾ ٽي-dimensional چينلن جي ساخت جي استحڪام پڻ آهي. اهو ليتيم آئن بيٽرين لاءِ ابتدائي تجارتي ڪيٿوڊ مواد آهي. ان جا نمائندا مواد LiCoO2، Li (Co1-xNix)O2 ۽ Li (Ni، Co، Mn)O2 وغيره آهن.

Xie Xiaohua et al. LiCoO2/MCMB کي ريسرچ اعتراض طور ورتو ۽ ان جي گھٽ درجه حرارت چارج-ڊسچارج خاصيتن کي آزمايو.

نتيجن مان ظاهر ٿئي ٿو ته گرمي پد جي گهٽتائي سان، ڊسچارج پليٽ فارم 3.762V (0 ° C) کان 3.207V (-30 ° C) تائين گهٽجي ٿو. بيٽري جي ڪل گنجائش 78.98mAh (0°C) کان 68.55mAh (-30°C) تائين تيزيءَ سان گھٽجي ٿي.

2. گھٽ درجه حرارت جون خاصيتون اسپنل جي جوڙجڪ ڪيل ڪيٿوڊ مواد

اسپينل ڍانچي LiMn2O4 ڪيٿوڊ مواد گھٽ قيمت ۽ غير زهر جي فائدن جي ڪري ٿي ڇو ته ان ۾ ڪو عنصر شامل ناهي.

بهرحال، Mn جي valence variability ۽ Mn3+ جي جان-ٽيلر اثر هن جزو جي ساخت جي عدم استحڪام ۽ خراب موٽڻ جي ڪري ٿي.

Peng Zhengshun et al. نشاندهي ڪئي وئي آهي ته تيار ڪرڻ جي مختلف طريقن جو LiMn2O4 ڪيٿوڊ مواد جي برقي ڪيميائي ڪارڪردگي تي وڏو اثر آهي. مثال طور Rct کڻڻ: LiMn2O4 جو Rct تيز درجه حرارت جي سولڊ-مرحلي طريقي سان ٺهڪندڙ سول-جيل طريقي جي ڀيٽ ۾ تمام گهڻو وڌيڪ آهي، ۽ اهو رجحان ليتيم آئنز کان متاثر نه ٿيندو آهي. diffusion coefficient پڻ ظاهر ٿئي ٿو. ان جو سبب اهو آهي ته مختلف تجزيي جي طريقن جو مصنوعات جي ڪرسٽل ۽ مورفولوجي تي وڏو اثر آهي.

3. فاسفٽ سسٽم جي ڪيٿوڊ مواد جي گھٽ درجه حرارت جون خاصيتون

ان جي شاندار مقدار جي استحڪام ۽ حفاظت جي ڪري، LiFePO4، ٽيرنري مواد سان گڏ، موجوده پاور بيٽري ڪيٿوڊ مواد جو بنيادي جسم بڻجي چڪو آهي. ليٿيم آئرن فاسفيٽ جي گهٽ درجه حرارت جي ڪارڪردگي بنيادي طور تي آهي ڇو ته ان جو مواد پاڻ هڪ انسوليٽر آهي، گهٽ برقي چالکائي، خراب ليٿيم آئن diffusivity، ۽ گهٽ درجه حرارت تي خراب چالکائي، جيڪو بيٽري جي اندروني مزاحمت کي وڌائي ٿو، جيڪو تمام گهڻو متاثر ٿئي ٿو. پولرائزيشن، ۽ بيٽري چارج ۽ خارج ٿيڻ ۾ رڪاوٽ آهي. تنهن ڪري، گهٽ درجه حرارت جي ڪارڪردگي مثالي ناهي.

جڏهن گهٽ درجه حرارت تي LiFePO4 جي چارج-ڊسچارج رويي جو مطالعو ڪيو، Gu Yijie et al. ڏٺائين ته ان جي ڪولومبڪ ڪارڪردگي 100٪ کان گهٽجي وئي 55 ° C تي 96٪ 0 ° C تي ۽ 64٪ -20 ° C تي، ترتيب سان؛ ڊسچارج وولٹیج 3.11V کان 55°C تي گھٽجي وئي. -2.62 ° C تي 20V تائين گھٽ ڪريو.

Xing et al. تبديل ٿيل LiFePO4 نانو ڪاربن سان ۽ ڏٺائين ته نانو ڪاربن conductive ايجنٽ شامل ڪرڻ کان پوء، LiFePO4 جي اليڪٽرڪ ڪيميڪل ڪارڪردگي درجه حرارت جي لحاظ کان گهٽ حساس هئي، ۽ گهٽ درجه حرارت جي ڪارڪردگي بهتر هئي؛ تبديل ٿيل LiFePO4 جو ڊسچارج وولٽيج 3.40 کان وڌي ويو 25 °CV تي 3.09V تي -25 °C تي، صرف 9.12٪ جي گهٽتائي؛ ۽ ان جي سيل جي ڪارڪردگي -25 ° C تي 57.3٪ آهي، جيڪا نانو ڪاربن conductive ايجنٽ کان سواء 53.4٪ کان وڌيڪ آهي.

تازو، LiMnPO4 تمام گهڻي دلچسپي ورتي آهي. مطالعي مان معلوم ٿيو ته LiMnPO4 وٽ اعليٰ صلاحيت (4.1V)، ڪابه آلودگي، گهٽ قيمت، ۽ وڏي مخصوص گنجائش (170mAh/g) جا فائدا آهن. جڏهن ته، LiFePO4 جي ڀيٽ ۾ LiMnPO4 جي هيٺين آئنڪ چالکائي جي ڪري، Fe اڪثر ڪري Mn کي جزوي طور تبديل ڪرڻ لاءِ استعمال ڪيو ويندو آهي LiMn0.8Fe0.2PO4 سولو حل ٺاهڻ لاءِ.

ليتيم آئن بيٽرين لاءِ انوڊ مواد جي گھٽ درجه حرارت جا خاصيتون

مثبت اليڪٽرروڊ مواد جي مقابلي ۾، ليتيم آئن بيٽري جي منفي اليڪٽرروڊ مواد جي گھٽ درجه حرارت جي خرابي وڌيڪ سنجيده آهي، خاص طور تي هيٺين ٽن سببن لاءِ:

جڏهن گهٽ درجه حرارت ۽ اعلي شرح تي چارج ۽ خارج ٿيڻ، بيٽري کي سنجيده پولرائز ڪيو ويندو آهي، ۽ هڪ وڏي مقدار ۾ ڌاتو ليتيم منفي اليڪٽرروڊ جي مٿاڇري تي جمع ڪيو ويندو آهي، ۽ ڌاتو ليتيم ۽ اليڪٽرولائٽ جي رد عمل جي پيداوار عام طور تي چالکائي نه هوندي آهي؛

thermodynamic نقطي نظر کان، اليڪٽرولائٽ ۾ پولر گروپن جو هڪ وڏو تعداد شامل آهي جهڙوڪ CO ۽ CN، جيڪو منفي اليڪٽرروڊ مواد سان رد عمل ڪري سگهي ٿو، ۽ ٺهيل SEI فلم گهٽ درجه حرارت تي وڌيڪ حساس آهي؛

ڪاربان ناڪاري اليڪٽرروڊ کي گھٽ درجه حرارت تي ليتيم کي گڏ ڪرڻ ۾ مشڪل آهي، ۽ اتي غير معمولي چارج ۽ خارج ٿيڻ آهي.

تصوير

گھٽ درجه حرارت اليڪٽرولائٽ تي تحقيق

اليڪٽرولائيٽ Lithium-ion بيٽرين ۾ Li+ کي ٽرانسپورٽ ڪرڻ جو ڪردار ادا ڪري ٿو، ۽ ان جي آئنڪ چالکائي ۽ SEI فلم ٺاهڻ واري خاصيتن جو بيٽري جي گهٽ درجه حرارت جي ڪارڪردگي تي اهم اثر آهي. گھٽ درجه حرارت جي اليڪٽرولائٽس جي فائدن ۽ نقصان کي جانچڻ لاءِ ٽي مکيه اشارا آھن: ionic conductivity، electrochemical window ۽ electrode reactivity. انهن ٽن اشارن جي سطح وڏي حد تائين ان جي جزن جي مواد تي منحصر آهي: محلول، اليڪٽرولائٽ (ليٿيم لوڻ)، ۽ اضافو. تنهن ڪري، اليڪٽرولائٽ جي هر حصي جي گهٽ درجه حرارت جي ڪارڪردگي تي تحقيق بيٽري جي گهٽ درجه حرارت جي ڪارڪردگي کي سمجهڻ ۽ بهتر ڪرڻ لاء وڏي اهميت رکي ٿي.

زنجير ڪاربونيٽس جي مقابلي ۾، اي سي جي بنياد تي اليڪٽرولائٽس جي گھٽ درجه حرارت جي خاصيتون، سائيڪل ڪاربونٽس وٽ ھڪڙي ٺھيل ساخت، وڏي اداڪاري قوت، ۽ اعلي پگھلڻ واري پوائنٽ ۽ ويسڪوسيٽي آھي. تنهن هوندي به، وڏي قطبيت جيڪا انگن جي جوڙجڪ جي ذريعي آڻيندي آهي، اهو اڪثر ڪري هڪ وڏو ڊائلڪٽرڪ مسلسل هوندو آهي. اي سي سالوينٽس جي وڏي ڊائيليڪٽرڪ مسلسل، اعلي ionic چالکائي، ۽ بهترين فلم ٺاهڻ واري ملڪيت کي مؤثر طور تي سولوينٽ ماليڪيولز جي گڏيل داخل ٿيڻ کي روڪيو، انهن کي لازمي بڻائي ٿو. تنهن ڪري، اڪثر عام طور تي استعمال ٿيل گهٽ-درجه حرارت اليڪٽرولائيٽ سسٽم EC تي ٻڌل آهن، ۽ پوء گهٽ پگھلڻ واري نقطي سان ملايو ننڍو ماليڪيول محلول.

ليتيم لوڻ اليڪٽرولائٽ جو هڪ اهم حصو آهي. اليڪٽرولائيٽ ۾ موجود ليتيم لوڻ نه رڳو حل جي آئنڪ چالڪيت کي بهتر ڪري سگهي ٿو، پر حل ۾ Li+ جي پکيڙ جي فاصلي کي به گھٽائي سگھي ٿو. عام طور تي، حل ۾ Li+ جو وڌ کان وڌ ڪنسنٽريشن، آئنڪ چالڪيت اوتري وڌيڪ. بهرحال، اليڪٽرولائٽ ۾ ليتيم آئنز جو ڪنسنٽريشن ليتيم لوڻ جي ڪنسنٽريشن سان لڪير سان لاڳاپيل ناهي، پر پارابولڪ آهي. ان جو سبب اهو آهي ته سالوينٽ ۾ ليتيم آئنز جي ڪنسنٽريشن جو دارومدار سولوينٽ ۾ ليتيم نم جي ورهاست ۽ اتحاد جي قوت تي هوندو آهي.

گھٽ درجه حرارت اليڪٽرولائٽ تي تحقيق

بذات خود بيٽري جي ٺهڻ کان علاوه، اصل آپريشن ۾ عمل جا عنصر به بيٽري جي ڪارڪردگيءَ تي وڏو اثر رکندا.
(1) تياري جو عمل. يعقوب وغيره. LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 / گرافائٽ بيٽرين جي گهٽ درجه حرارت جي ڪارڪردگي تي اليڪٽرروڊ لوڊ ۽ ڪوٽنگ جي ٿولهه جي اثر جو مطالعو ڪيو ۽ ڏٺائين ته ظرفيت برقرار رکڻ جي لحاظ کان، اليڪٽرروڊ لوڊ جيترو ننڍو هوندو ۽ ڪوٽنگ جي پرت جيتري پتلي هوندي، اوترو گهٽ هوندو. گرمي پد جي ڪارڪردگي. .

(2) چارج ۽ خارج ٿيڻ جي حالت. Petzl et al. بيٽري جي سائيڪل جي زندگي تي گھٽ درجه حرارت جي چارج-ڊسچارج رياست جي اثر جو مطالعو ڪيو، ۽ ڏٺائين ته جڏهن ڊسچارج جي کوٽائي وڏي آهي، اهو وڌيڪ ظرفيت جي نقصان جو سبب بڻائيندو ۽ سائيڪل جي زندگي کي گهٽائيندو.

(3) ٻيا عنصر. مٿاڇري جي ايراضي، سوراخ جي سائيز، اليڪٽرروڊ جي کثافت، اليڪٽرروڊ ۽ اليڪٽرولائٽ جي ويٽبلٽي، ۽ جدا ڪندڙ، وغيره، سڀ ليتيم آئن بيٽرين جي گھٽ درجه حرارت جي ڪارڪردگي کي متاثر ڪن ٿا. ان کان سواء، بيٽري جي گهٽ درجه حرارت جي ڪارڪردگي تي مواد ۽ عمل جي خرابين جو اثر نظر انداز نٿو ڪري سگهجي.

سمنجو

ليتيم آئن بيٽرين جي گھٽ درجه حرارت جي ڪارڪردگي کي يقيني بڻائڻ لاءِ، ھيٺين نقطن تي عمل ڪرڻ گھرجي:

(1) هڪ پتلي ۽ گندو SEI فلم ٺاهيو؛

(2) پڪ ڪريو ته Li+ فعال مواد ۾ هڪ وڏو diffusion coefficient آهي؛

(3) اليڪٽرولائيٽ کي گھٽ درجه حرارت تي اعلي ionic چالکائي آهي.

ان کان علاوه، تحقيق پڻ هڪ ٻيو طريقو ڳولي سگهي ٿو هڪ ٻئي قسم جي ليتيم-آئن بيٽري-سڀ-مضبوط-رياست ليتيم-آئن بيٽري کي ڏسڻ لاء. روايتي ليٿيم آئن بيٽرين جي مقابلي ۾، آل سولڊ اسٽيٽ ليٿيم آئن بيٽريون، خاص طور تي آل سولڊ اسٽيٽ پتلي فلم ليٿيم آئن بيٽريون، توقع ڪئي وڃي ٿي ته مڪمل طور تي ظرفيت جي خرابي ۽ سائيڪل جي حفاظت جي مسئلي کي حل ڪيو ويندو جڏهن بيٽريون استعمال ڪيون وينديون آهن. گھٽ درجه حرارت. ج