Азбаски батареяҳои литий-ион ба бозор ворид шуданд, онҳо аз сабаби бартариҳои умри дароз, иқтидори зиёди мушаххас ва таъсири хотираи онҳо ба таври васеъ истифода мешуданд. Истифодаи ҳарорати пасти батареяҳои литий-ион мушкилот дорад, аз қабили иқтидори паст, сустшавии ҷиддӣ, иҷрои суръати пасти давра, таҳшиншавии ошкори литий ва истихроҷи литийи мутавозин. Бо вуҷуди ин, бо тавсеаи пайвастаи соҳаҳои татбиқ, маҳдудиятҳое, ки дар натиҷаи кори пасти ҳарорати пасти батареяҳои литий-ион ба вуҷуд омадаанд, торафт равшантар мешаванд.

Тибқи гузоришҳо, иқтидори разряди батареяҳои литий-ионӣ дар -20°C ҳамагӣ 31.5% аз он дар ҳарорати хонагӣ аст. Ҳарорати кори батареяҳои анъанавии литий-ион аз -20 то +55 °C аст. Бо вуҷуди ин, дар соҳаҳои кайҳонӣ, саноати ҳарбӣ, мошинҳои электрикӣ ва ғайра, батарея бояд дар ҳарорати -40 ° C муқаррарӣ кор кунад. Бинобар ин бехтар намудани хосиятхои харорати пасти батареяхои лит-ионй ахамияти калон дорад.

Омилҳое, ки иҷрои ҳарорати пасти батареяҳои Li-ionро маҳдуд мекунанд

Дар мухити пасти харорат часпакии электролит зиёд мешавад ва хатто кисман сахт мешавад, ки дар натича гузарониши батареяхои литий-ион кам мешавад.

Мутобиқати байни электролит ва электроди манфӣ ва сепаратор дар муҳити ҳарорати паст суст мешавад.

Электроди манфии батареяи литий-ион дар муҳити ҳарорати паст боришоти ҷиддии литий дорад ва литийи металлии боришот бо электролит реаксия мекунад ва таҳшиншавии маҳсулоти он боиси афзоиши ғафсии интерфейси электролитҳои сахт (SEI) мегардад.

Дар муҳити ҳарорати паст, системаи диффузияи батареяҳои Li-ion дар маводи фаъол коҳиш меёбад ва муқовимати интиқоли заряд (Rct) ба таври назаррас меафзояд.

Муҳокима дар бораи омилҳое, ки ба кори ҳарорати пасти батареяҳои Li-ion таъсир мерасонанд

Андешаи коршиносони 1: Электролит ба кори ҳарорати пасти батареяҳои литий-ион таъсири бештар мерасонад ва таркиб ва хосиятҳои физикӣ-кимиёвии электролит ба кори ҳарорати пасти батарея таъсири муҳим доранд. Мушкилоте, ки давраи батарея дар ҳарорати паст дучор мешавад, инҳоянд: часпакии электролит зиёд мешавад ва суръати интиқоли ионҳо суст мешавад, ки дар натиҷа суръати интиқоли электронии занҷири беруна номувофиқ аст, аз ин рӯ батарея ба таври ҷиддӣ поляризатсия мешавад, ва иктидори заряду разряд катъиян кам мешавад. Хусусан ҳангоми пур кардани барқ ​​дар ҳарорати паст, ионҳои литий дар рӯи электроди манфӣ ба осонӣ дендритҳои литийро ташкил медиҳанд, ки дар натиҷа аз кор мондани батарея оварда мерасонад.

Коркарди ҳарорати пасти электролит ба андозаи гузарониши худи электролит зич алоқаманд аст. Электролити дорои гузариши баланд ионҳоро зуд интиқол медиҳад ва метавонад дар ҳарорати паст иқтидори бештар дошта бошад. Ҳар қадар намаки литий дар электролит диссоциация шавад, ҳамон қадар миқдори муҳоҷират зиёд мешавад ва гузаронанда ҳамон қадар баланд мешавад. Ҳар қадаре ки ноқилияти барқ ​​баланд бошад, суръати интиқоли ионҳо ҳамон қадар тезтар, поляризатсия камтар ва кори батарея дар ҳарорати паст ҳамон қадар беҳтар мешавад. Аз ин рӯ, гузариши баландтари барқ ​​шарти зарурӣ барои ноил шудан ба кори хуби батареяҳои литий-ионӣ дар ҳарорати паст мебошад.

Ноќилнокии электролит ба таркиби электролит алоќаманд буда, кам кардани часпакии мањлул яке аз роњњои бењтар кардани ноќилияти электролит мебошад. Моеъи хуби ҳалкунанда дар ҳарорати паст кафолати интиқоли ионҳо мебошад ва филми электролитии сахти электролит дар электроди манфӣ дар ҳарорати паст инчунин калиди таъсиррасонӣ ба гузаронидани ионҳои литий мебошад ва RSEI импеданси асосӣ мебошад. батареяҳои литий-ион дар муҳити ҳарорати паст.

Коршиноси 2: Омили асосии маҳдудкунандаи иҷрои ҳарорати пасти батареяҳои литий-ион ин муқовимати якбора зиёд шудани диффузияи Li+ дар ҳарорати паст аст, на филми SEI.

Хусусиятҳои ҳарорати пасти маводи катодӣ барои батареяҳои литий-ион

1. Хусусиятҳои ҳарорати пасти маводи катодҳои қабатӣ

Сохтори қабатӣ на танҳо дорои суръати беҳамтои каналҳои диффузияи якченакаи литий ион, балки устувории сохтории каналҳои сеченака низ дорад. Ин аввалин маводи тиҷоратии катод барои батареяҳои литий-ион мебошад. Моддаҳои намояндагии он LiCoO2, Li(Co1-xNix)O2 ва Li(Ni, Co, Mn)O2 ва ғайра мебошанд.

Xie Xiaohua ва дигарон. LiCoO2/MCMB-ро ба сифати объекти тадкикотй гирифта, характеристикахои заряд-разряди харорати пасти онро санчида.

Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки бо паст шудани ҳарорат платформаи разряд аз 3.762В (0°C) то 3.207В (–30°С) паст мешавад; иқтидори умумии батарея низ якбора аз 78.98mA·h (0°C) то 68.55mA·h (-30°C) кам мешавад.

2. Характеристикахои харорати пасти материалхои катодхои шпинельсози

Маводи катодии LiMn2O4 сохтори шпинели дорои бартариҳои камхарҷ ва заҳролуд нест, зеро он дорои элементи Co нест.

Аммо, таѓйирпазирии валентии Mn ва эффекти Љан-Теллери Mn3+ боиси ноустувории сохторї ва баргардонидани сусти ин компонент мегардад.

Пэн Чжэншун ва дигарон. кайд кард, ки усулхои гуногуни тайёр кардан ба нишондихандахои электрохимиявии материалхои катодии LiMn2O4 таъсири калон мерасонад. Rct-ро мисол мегирем: Rct-и LiMn2O4, ки бо усули фазаи сахти ҳарорати баланд синтез карда мешавад, нисбат ба усули сол-гел хеле баландтар аст ва ба ин падида ионҳои литий таъсир намерасонад. Коэффисиенти диффузия низ инъикос меёбад. Сабаб дар он аст, ки усулҳои гуногуни синтез ба кристаллӣ ва морфологияи маҳсулот таъсири калон мерасонанд.

3. Характеристикањои њарорати пасти маводи катодї аз системаи фосфатњо

Бо сабаби устувории аълои ҳаҷм ва бехатарии худ, LiFePO4 дар якҷоягӣ бо маводҳои сегона, ба ҷузъҳои асосии маводи катодҳои батареяи ҷорӣ табдил ёфтааст. Коркарди пасти ҳарорати пасти фосфати оҳани литий асосан аз он иборат аст, ки маводи он як изолятсия буда, ноқилияти пасти электронӣ, паҳншавии ионҳои литийи бади ва ноқилияти ноқил дар ҳарорати паст, ки муқовимати дохилии батареяро зиёд мекунад, ки ба он таъсири калон мерасонад. поляризатсия ва ба барқ ​​​​ва разряди батарея халал мерасонад. Аз ин рӯ, иҷрои ҳарорати паст идеалӣ нест.

Ҳангоми омӯзиши рафтори заряди разряди LiFePO4 дар ҳарорати паст, Gu Yijie et al. муайян кард, ки самаранокии кулоннокии он аз 100% дар 55°С то 96% дар 0°С ва 64% дар -20°С паст шудааст; шиддати разряд аз 3.11В дар 55°С паст шуд. Дар -2.62 ° C то 20 В паст кунед.

Xing ва дигарон. LiFePO4-ро бо нанокарбон тағир дод ва муайян кард, ки пас аз илова кардани агенти гузаронандаи нанокарбон, кори электрохимиявии LiFePO4 ба ҳарорат камтар ҳассос буд ва иҷрои ҳарорати паст беҳтар шудааст; шиддати разряди тағирёфтаи LiFePO4 аз 3.40 дар 25 ° CV то 3.09 В дар -25 ° C афзоиш ёфт, ки танҳо 9.12% коҳиш ёфт; ва самаранокии ҳуҷайраи он дар -25 ° C 57.3% -ро ташкил медиҳад, ки бе агенти гузаронандаи нанокарбон аз 53.4% зиёдтар аст.

Дар вактхои охир LiMnPO4 шавку хаваси зиёдеро ба худ кашид. Тадқиқот нишон дод, ки LiMnPO4 дорои бартариҳои потенсиали баланд (4.1V), ифлосшавӣ нест, нархи паст ва иқтидори бузурги мушаххас (170mAh/g) мебошад. Аммо аз сабаби паст будани ноќилияти ионии LiMnPO4 нисбат ба LiFePO4, Fe аксаран барои ќисман иваз кардани Mn барои ташаккули мањлули сахти LiMn0.8Fe0.2PO4 истифода мешавад.

Хусусиятҳои ҳарорати пасти маводи анодӣ барои батареяҳои литий-ионӣ

Дар муқоиса бо маводи электроди мусбат, бадшавии ҳарорати пасти маводи электроди манфии батареяи литий-ион ҷиддӣтар аст, асосан бо се сабаби зерин:

Ҳангоми пур кардан ва холӣ кардан дар ҳарорати паст ва суръати баланд, батарея ба таври ҷиддӣ поляризатсия карда мешавад ва миқдори зиёди литийи металлӣ дар рӯи электроди манфӣ гузошта мешавад ва маҳсулоти реаксияи литийи металлӣ ва электролит умуман гузаронанда надорад;

Аз нуқтаи назари термодинамикӣ, электролит дорои миқдори зиёди гурӯҳҳои қутбӣ ба монанди CO ва CN мебошад, ки метавонанд бо маводи электроди манфӣ реаксия кунанд ва филми ташаккулёфтаи SEI ба ҳарорати паст бештар осебпазир аст;

Дар электроди манфии карбон литийро дар ҳарорати паст пайваст кардан душвор аст ва заряд ва разряди асимметрӣ вуҷуд дорад.

расм

Тадқиқот оид ба электролитҳои ҳарорати паст

Электролит нақши интиқоли Li+ дар батареяҳои литий-иониро мебозад ва ноқилҳои ионӣ ва хосиятҳои плёнкаи SEI ба кори ҳарорати пасти батарея таъсири назаррас доранд. Се нишондиҳандаи асосӣ барои баҳодиҳии мусбат ва манфии электролитҳои ҳарорати паст вуҷуд доранд: гузариши ионӣ, равзанаи электрохимиявӣ ва реактивии электрод. Дараҷаи ин се нишондиҳанда аз бисёр ҷиҳат аз маводи таркибии он вобаста аст: ҳалкунанда, электролит (намаки литий) ва иловаҳо. Аз ин ру, тадкикот оид ба кори харорати пасти хар як кисми электролит барои фахмидан ва бехтар намудани кори харорати пасти батарея ахамияти калон дорад.

Дар муқоиса бо карбонатҳои занҷир, хусусиятҳои ҳарорати пасти электролитҳо дар асоси EC, карбонатҳои сиклии дорои сохтори паймон, қувваи бузурги амалкунанда ва нуқтаи обшавии баланд ва часпак мебошанд. Аммо, қутбияти калоне, ки сохтори ҳалқа меорад, онро аксар вақт доимии калони диэлектрикӣ дорад. Муқовимати калони диэлектрикӣ, гузариши баланди ионӣ ва хосиятҳои хуби филмбардории ҳалкунандаҳои EC ба таври муассир воридшавии молекулаҳои ҳалкунандаро пешгирӣ карда, онҳоро зарурӣ мегардонад. Аз ин рӯ, аксари системаҳои электролитҳои паст-ҳарорати маъмулан истифодашаванда ба EC асос ёфтаанд ва сипас омехтаи ҳалкунандаи молекулаи хурд бо нуқтаи обшавии паст.

Намаки литий як ҷузъи муҳими электролит мебошад. Намаки литий дар электролит метавонад на танҳо гузарониши ионии маҳлулро беҳтар кунад, балки масофаи диффузияи Li+-ро дар маҳлул кам кунад. Умуман, консентратсияи Li+ дар мањлул њар ќадар зиёд бошад, гузариши ионї њамон ќадар зиёд мешавад. Аммо консентратсияи ионҳои литий дар электролит ба консентратсияи намакҳои литий ба таври хаттӣ алоқаманд нест, балки параболист. Сабаб дар он аст, ки консентратсияи ионҳои литий дар ҳалкунанда ба қувваи диссоциатсия ва ассотсиатсияи намакҳои литий дар ҳалкунанда вобаста аст.

Тадқиқот оид ба электролитҳои ҳарорати паст

Илова ба таркиби худи батарея, омилҳои раванд дар кори воқеӣ низ ба кори батарея таъсири калон мерасонанд.
(1) Раванди омодагӣ. Ёқуб ва дигарон. таъсири сарбории электрод ва ғафсии рӯйпӯшро ба иҷрои ҳарорати пасти батареяҳои LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 /Graphite омӯхта ва муайян кард, ки аз нуқтаи назари нигоҳ доштани иқтидор, бори электрод ҳар қадар хурдтар ва қабати пӯшиш лоғартар бошад, ҳамон қадар паст аст. иҷрои ҳарорат. .

(2) Ҳолати заряд ва разряд. Петцл ва дигарон. таъсири ҳолати заряд-разряди дар ҳарорати пастро ба мӯҳлати давраи батарея омӯхта, муайян кард, ки вақте ки умқи разряд калон аст, он боиси талафоти бештари иқтидор ва кам шудани мӯҳлати гардиш мегардад.

(3) Дигар омилҳо. Масоҳати рӯизаминӣ, андозаи сӯрохҳо, зичии электродҳо, намшавандагии электрод ва электролит ва сепаратор ва ғайра, ҳама ба кори ҳарорати пасти батареяҳои литий-ион таъсир мерасонанд. Илова бар ин, таъсири камбудиҳои моддӣ ва равандро ба кори ҳарорати пасти батарея сарфи назар кардан мумкин нест.

ьамъ кардан

Барои таъмини иҷрои ҳарорати пасти батареяҳои литий-ион, нуктаҳои зеринро иҷро кардан лозим аст:

(1) Ташаккул додани як филми борик ва зиччи SEI;

(2) Боварӣ ҳосил кунед, ки Li+ дар маводи фаъол коэффисиенти калони диффузия дорад;

(3) Электролит дар ҳарорати паст гузариши баланди ионӣ дорад.

Илова бар ин, тадқиқот инчунин метавонад роҳи дигареро пайдо кунад, ки ба намуди дигари батареяи литий-ионӣ-батареяи литий-ионии ҳама ҳолати сахтро пайдо кунад. Интизор меравад, ки дар муқоиса бо батареяҳои муқаррарии литий-ионӣ, батареяҳои ҳама ҳолати сахти литий-ионӣ, бахусус батареяҳои литий-ионии борик-ҳолати сахт, интизор меравад, ки ҳангоми истифодабарии батареяҳо мушкилоти таназзули иқтидор ва бехатарии давраро комилан ҳал кунанд. ҳарорати паст. в