جب سے لیتھیم آئن بیٹریاں مارکیٹ میں آئی ہیں، ان کی طویل زندگی، بڑی مخصوص صلاحیت، اور کوئی میموری اثر نہ ہونے کے فوائد کی وجہ سے ان کا وسیع پیمانے پر استعمال کیا گیا ہے۔ لیتھیم آئن بیٹریوں کے کم درجہ حرارت کے استعمال میں مسائل ہیں جیسے کہ کم صلاحیت، سنجیدہ توجہ، خراب سائیکل ریٹ کی کارکردگی، واضح لیتھیم جمع، اور غیر متوازن لتیم نکالنا۔ تاہم، ایپلی کیشن فیلڈز کی مسلسل توسیع کے ساتھ، لتیم آئن بیٹریوں کی کم درجہ حرارت کی خراب کارکردگی کی وجہ سے پیدا ہونے والی رکاوٹیں زیادہ سے زیادہ واضح ہوتی جا رہی ہیں۔

رپورٹس کے مطابق، -20 ° C پر لیتھیم آئن بیٹریوں کی خارج ہونے کی صلاحیت کمرے کے درجہ حرارت پر اس کا صرف 31.5 فیصد ہے۔ روایتی لتیم آئن بیٹریوں کا آپریٹنگ درجہ حرارت -20 اور +55 ° C کے درمیان ہوتا ہے۔ تاہم، ایرو اسپیس، ملٹری انڈسٹری، الیکٹرک گاڑیاں وغیرہ کے شعبوں میں، بیٹری کو عام طور پر -40°C پر کام کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔ لہذا، لی آئن بیٹریوں کی کم درجہ حرارت کی خصوصیات کو بہتر بنانا بہت اہمیت کا حامل ہے۔

لی آئن بیٹریوں کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی کو محدود کرنے والے عوامل

کم درجہ حرارت والے ماحول میں، الیکٹرولائٹ کی viscosity بڑھ جاتی ہے اور یہاں تک کہ جزوی طور پر مضبوط ہو جاتی ہے، جس کے نتیجے میں لتیم آئن بیٹریوں کی چالکتا میں کمی واقع ہوتی ہے۔

کم درجہ حرارت والے ماحول میں الیکٹرولائٹ اور منفی الیکٹروڈ اور الگ کرنے والے کے درمیان مطابقت خراب ہو جاتی ہے۔

لیتھیم آئن بیٹری کے منفی الیکٹروڈ میں کم درجہ حرارت والے ماحول میں لتیم کی شدید بارش ہوتی ہے، اور تیز دھاتی لتیم الیکٹرولائٹ کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتی ہے، اور اس کی مصنوعات کی جمع ہونے سے ٹھوس الیکٹرولائٹ انٹرفیس (SEI) کی موٹائی میں اضافہ ہوتا ہے۔

کم درجہ حرارت والے ماحول میں، فعال مواد میں لی آئن بیٹریوں کا پھیلاؤ کا نظام کم ہو جاتا ہے، اور چارج ٹرانسفر ریزسٹنس (Rct) نمایاں طور پر بڑھ جاتا ہے۔

لی آئن بیٹریوں کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی کو متاثر کرنے والے عوامل پر بحث

ماہرین کی رائے 1: لتیم آئن بیٹریوں کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی پر الیکٹرولائٹ کا سب سے زیادہ اثر پڑتا ہے، اور الیکٹرولائٹ کی ساخت اور فزیک کیمیکل خصوصیات بیٹری کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی پر اہم اثر ڈالتی ہیں۔ کم درجہ حرارت پر بیٹری سائیکل کو درپیش مسائل یہ ہیں: الیکٹرولائٹ کی viscosity بڑھ جائے گی، اور آئن کی ترسیل کی رفتار سست ہو جائے گی، جس کے نتیجے میں بیرونی سرکٹ کی الیکٹران کی منتقلی کی رفتار میں مماثلت نہیں ہے، اس لیے بیٹری شدید پولرائزڈ ہو جاتی ہے، اور چارج اور خارج ہونے کی صلاحیت تیزی سے کم ہو گئی ہے۔ خاص طور پر کم درجہ حرارت پر چارج کرتے وقت، لیتھیم آئن آسانی سے منفی الیکٹروڈ کی سطح پر لیتھیم ڈینڈرائٹس بنا لیتے ہیں، جس کے نتیجے میں بیٹری خراب ہو جاتی ہے۔

الیکٹرولائٹ کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی کا خود الیکٹرولائٹ کی چالکتا کے سائز سے گہرا تعلق ہے۔ اعلی چالکتا کے ساتھ الیکٹرولائٹ آئنوں کو تیزی سے منتقل کرتا ہے اور کم درجہ حرارت پر زیادہ صلاحیت کا استعمال کر سکتا ہے۔ الیکٹرولائٹ میں لتیم نمک جتنا زیادہ منقطع ہوگا، نقل مکانی کی تعداد اتنی ہی زیادہ ہوگی اور چالکتا بھی اتنی ہی زیادہ ہوگی۔ برقی چالکتا جتنی زیادہ ہوگی، آئن کی ترسیل کی شرح اتنی ہی تیز ہوگی، پولرائزیشن اتنی ہی کم ہوگی، اور کم درجہ حرارت پر بیٹری کی کارکردگی اتنی ہی بہتر ہوگی۔ لہذا، لتیم آئن بیٹریوں کی کم درجہ حرارت کی اچھی کارکردگی کو حاصل کرنے کے لیے اعلی برقی چالکتا ایک ضروری شرط ہے۔

الیکٹرولائٹ کی چالکتا کا تعلق الیکٹرولائٹ کی ساخت سے ہے، اور سالوینٹ کی واسکاسیٹی کو کم کرنا الیکٹرولائٹ کی چالکتا کو بہتر بنانے کا ایک طریقہ ہے۔ کم درجہ حرارت پر سالوینٹ کی اچھی روانی آئن کی نقل و حمل کی ضمانت ہے، اور کم درجہ حرارت پر منفی الیکٹروڈ پر الیکٹرولائٹ کے ذریعہ بننے والی ٹھوس الیکٹرولائٹ فلم بھی لیتھیم آئنوں کی ترسیل کو متاثر کرنے کی کلید ہے، اور RSEI اہم رکاوٹ ہے۔ کم درجہ حرارت والے ماحول میں لتیم آئن بیٹریاں۔

ماہر 2: لیتھیم آئن بیٹریوں کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی کو محدود کرنے والا اہم عنصر کم درجہ حرارت پر تیزی سے بڑھی ہوئی Li+ بازی مزاحمت ہے، نہ کہ SEI فلم۔

لتیم آئن بیٹریوں کے لیے کیتھوڈ مواد کی کم درجہ حرارت کی خصوصیات

1. پرتوں والے کیتھوڈ مواد کی کم درجہ حرارت کی خصوصیات

تہہ دار ڈھانچے میں نہ صرف ایک جہتی لتیم آئن ڈفیوژن چینلز کی لاجواب شرح کارکردگی ہے، بلکہ تین جہتی چینلز کی ساختی استحکام بھی ہے۔ یہ لتیم آئن بیٹریوں کے لیے قدیم ترین تجارتی کیتھوڈ مواد ہے۔ اس کے نمائندہ مادے ہیں LiCoO2، Li(Co1-xNix)O2 اور Li(Ni, Co, Mn)O2 وغیرہ۔

Xie Xiaohua et al. LiCoO2/MCMB کو ریسرچ آبجیکٹ کے طور پر لیا اور اس کی کم درجہ حرارت چارج ڈسچارج خصوصیات کا تجربہ کیا۔

نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ درجہ حرارت میں کمی کے ساتھ، ڈسچارج پلیٹ فارم 3.762V (0°C) سے 3.207V (–30°C) تک گر جاتا ہے؛ بیٹری کی کل گنجائش بھی تیزی سے 78.98mAh (0°C) سے 68.55mAh (–30°C) تک کم ہو جاتی ہے۔

2. ریڑھ کی ہڈی کی ساخت والے کیتھوڈ مواد کی کم درجہ حرارت کی خصوصیات

ریڑھ کی ہڈی کی ساخت LiMn2O4 کیتھوڈ مواد میں کم قیمت اور غیر زہریلا ہونے کے فوائد ہیں کیونکہ اس میں Co عنصر نہیں ہوتا ہے۔

تاہم، Mn کی valence تغیر اور Mn3+ کا Jahn-Teller اثر اس جزو کی ساختی عدم استحکام اور خراب ریورسبلٹی کا باعث بنتا ہے۔

Peng Zhengshun et al. نے نشاندہی کی کہ تیاری کے مختلف طریقوں کا LiMn2O4 کیتھوڈ مواد کی الیکٹرو کیمیکل کارکردگی پر بڑا اثر ہے۔ Rct کو ایک مثال کے طور پر لینا: اعلی درجہ حرارت کے ٹھوس مرحلے کے طریقہ کار کے ذریعہ ترکیب شدہ LiMn2O4 کا Rct سول جیل طریقہ سے نمایاں طور پر زیادہ ہے، اور یہ رجحان لیتھیم آئنوں سے متاثر نہیں ہوتا ہے۔ بازی گتانک بھی ظاہر ہوتا ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ مختلف ترکیب کے طریقوں کا مصنوعات کی کرسٹلینٹی اور مورفولوجی پر بہت اثر ہوتا ہے۔

3. فاسفیٹ سسٹم کے کیتھوڈ مواد کی کم درجہ حرارت کی خصوصیات

اپنے بہترین حجم کے استحکام اور حفاظت کی وجہ سے، LiFePO4، ٹرنری میٹریل کے ساتھ، موجودہ پاور بیٹری کیتھوڈ میٹریل کا مرکزی باڈی بن گیا ہے۔ لتیم آئرن فاسفیٹ کی کم درجہ حرارت کی خراب کارکردگی بنیادی طور پر یہ ہے کہ اس کا مواد خود ایک انسولیٹر ہے، جس میں کم الیکٹرانک چالکتا، ناقص لتیم آئن ڈفیوزیوٹی، اور کم درجہ حرارت پر ناقص چالکتا ہے، جس سے بیٹری کی اندرونی مزاحمت بڑھ جاتی ہے، جس سے بہت زیادہ متاثر ہوتا ہے۔ پولرائزیشن، اور بیٹری چارج اور ڈسچارج میں رکاوٹ ہے۔ لہذا، کم درجہ حرارت کی کارکردگی مثالی نہیں ہے.

کم درجہ حرارت پر LiFePO4 کے چارج ڈسچارج رویے کا مطالعہ کرتے وقت، Gu Yijie et al. پتہ چلا کہ اس کی کولمبک کارکردگی بالترتیب 100°C پر 55% سے گر کر 96°C پر 0% اور -64°C پر بالترتیب 20% رہ گئی ہے۔ ڈسچارج وولٹیج 3.11V سے 55°C پر کم ہو گیا۔ -2.62 ° C پر 20V تک کم کریں۔

زنگ وغیرہ۔ نینو کاربن کے ساتھ LiFePO4 میں ترمیم کی اور پتہ چلا کہ نینو کاربن کنڈکٹیو ایجنٹ کو شامل کرنے کے بعد، LiFePO4 کی الیکٹرو کیمیکل کارکردگی درجہ حرارت کے لیے کم حساس تھی، اور کم درجہ حرارت کی کارکردگی بہتر ہوئی تھی۔ ترمیم شدہ LiFePO4 کا ڈسچارج وولٹیج 3.40 °CV پر 25 سے بڑھ کر -3.09°C پر 25V ہو گیا، صرف 9.12% کی کمی؛ اور -25°C پر اس کی سیل کی کارکردگی 57.3% ہے، جو نینو کاربن کنڈکٹیو ایجنٹ کے بغیر 53.4% ​​سے زیادہ ہے۔

حال ہی میں، LiMnPO4 نے کافی دلچسپی حاصل کی ہے۔ مطالعہ سے پتہ چلا ہے کہ LiMnPO4 میں اعلی صلاحیت (4.1V)، کوئی آلودگی، کم قیمت، اور بڑی مخصوص صلاحیت (170mAh/g) کے فوائد ہیں۔ تاہم، LiMnPO4 کی LiFePO4 کے مقابلے میں کم آئنک چالکتا کی وجہ سے، Fe اکثر Mn کو جزوی طور پر تبدیل کرنے کے لیے LiMn0.8Fe0.2PO4 ٹھوس محلول بنانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔

لتیم آئن بیٹریوں کے لیے انوڈ مواد کی کم درجہ حرارت کی خصوصیات

مثبت الیکٹروڈ مواد کے مقابلے میں، لیتھیم آئن بیٹری کے منفی الیکٹروڈ مواد کا کم درجہ حرارت میں بگاڑ زیادہ سنگین ہے، بنیادی طور پر درج ذیل تین وجوہات کی بناء پر:

کم درجہ حرارت اور اعلی شرح پر چارج اور خارج ہونے پر، بیٹری کو سنجیدگی سے پولرائز کیا جاتا ہے، اور دھاتی لتیم کی ایک بڑی مقدار منفی الیکٹروڈ کی سطح پر جمع ہوتی ہے، اور دھاتی لتیم اور الیکٹرولائٹ کے رد عمل کی مصنوعات میں عام طور پر چالکتا نہیں ہوتی ہے۔

تھرموڈینامک نقطہ نظر سے، الیکٹرولائٹ میں قطبی گروپس کی ایک بڑی تعداد ہوتی ہے جیسے CO اور CN، جو منفی الیکٹروڈ مواد کے ساتھ رد عمل ظاہر کر سکتے ہیں، اور تشکیل شدہ SEI فلم کم درجہ حرارت کے لیے زیادہ حساس ہوتی ہے۔

کاربن منفی الیکٹروڈ کو کم درجہ حرارت پر لتیم کو انٹرکیلیٹ کرنا مشکل ہے، اور غیر متناسب چارج اور خارج ہونے والا مادہ ہے۔

تصویر

کم درجہ حرارت الیکٹرولائٹ پر تحقیق

الیکٹرولائٹ لتیم آئن بیٹریوں میں Li+ کی نقل و حمل کا کردار ادا کرتا ہے، اور اس کی آئنک چالکتا اور SEI فلم بنانے والی خصوصیات بیٹری کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی پر نمایاں اثر ڈالتی ہیں۔ کم درجہ حرارت والے الیکٹرولائٹس کے فوائد اور نقصانات کو جانچنے کے لیے تین اہم اشارے ہیں: آئنک چالکتا، الیکٹرو کیمیکل ونڈو اور الیکٹروڈ ری ایکٹیویٹی۔ ان تین اشاریوں کی سطح کافی حد تک اس کے اجزاء پر منحصر ہے: سالوینٹس، الیکٹرولائٹ (لتیم نمک)، اور اضافی۔ لہذا، بیٹری کے کم درجہ حرارت کی کارکردگی کو سمجھنے اور بہتر بنانے کے لیے الیکٹرولائٹ کے ہر حصے کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی پر تحقیق بہت اہمیت کی حامل ہے۔

Compared with chain carbonates, the low temperature characteristics of EC-based electrolytes, cyclic carbonates have a compact structure, large acting force, and higher melting point and viscosity. However, the large polarity brought by the ring structure makes it often have a large dielectric constant. The large dielectric constant, high ionic conductivity, and excellent film-forming properties of EC solvents effectively prevent the co-insertion of solvent molecules, making them indispensable. Therefore, most of the commonly used low-temperature electrolyte systems are based on EC, and then mixed Small molecule solvent with low melting point.

لیتھیم نمک الیکٹرولائٹ کا ایک اہم جزو ہے۔ الیکٹرولائٹ میں لیتھیم نمک نہ صرف محلول کی آئنک چالکتا کو بہتر بنا سکتا ہے بلکہ محلول میں Li+ کے پھیلاؤ کے فاصلے کو بھی کم کر سکتا ہے۔ عام طور پر، حل میں Li+ کا ارتکاز جتنا زیادہ ہوگا، آئنک چالکتا بھی اتنی ہی زیادہ ہوگی۔ تاہم، الیکٹرولائٹ میں لتیم آئنوں کا ارتکاز خطی طور پر لتیم نمکیات کے ارتکاز سے متعلق نہیں ہے، بلکہ پیرابولک ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ سالوینٹس میں لتیم آئنوں کا ارتکاز سالوینٹ میں لتیم نمکیات کے انحراف اور ایسوسی ایشن کی طاقت پر منحصر ہے۔

کم درجہ حرارت الیکٹرولائٹ پر تحقیق

خود بیٹری کی ساخت کے علاوہ، اصل آپریشن میں عمل کے عوامل بھی بیٹری کی کارکردگی پر بہت زیادہ اثر ڈالیں گے۔
(1) تیاری کا عمل۔ یعقوب وغیرہ۔ LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2/Graphite بیٹریوں کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی پر الیکٹروڈ بوجھ اور کوٹنگ کی موٹائی کے اثر کا مطالعہ کیا اور پتہ چلا کہ صلاحیت برقرار رکھنے کے لحاظ سے، الیکٹروڈ کا بوجھ جتنا چھوٹا ہوگا اور کوٹنگ کی تہہ جتنی پتلی ہوگی، اتنا ہی بہتر ہوگا۔ درجہ حرارت کی کارکردگی .

(2) چارج اور خارج ہونے کی حالت۔ Petzl et al. بیٹری سائیکل کی زندگی پر کم درجہ حرارت کی چارج ڈسچارج حالت کے اثرات کا مطالعہ کیا، اور پتہ چلا کہ جب خارج ہونے والے مادہ کی گہرائی زیادہ ہوتی ہے، تو اس سے زیادہ صلاحیت کا نقصان ہوتا ہے اور سائیکل کی زندگی کم ہوتی ہے۔

(3) دیگر عوامل۔ سطح کا رقبہ، تاکنا کا سائز، الیکٹروڈ کی کثافت، الیکٹروڈ اور الیکٹرولائٹ کی گیلا ہونے کی صلاحیت، اور الگ کرنے والا، وغیرہ، سبھی لتیم آئن بیٹریوں کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی کو متاثر کرتے ہیں۔ اس کے علاوہ، بیٹری کے کم درجہ حرارت کی کارکردگی پر مواد اور عمل کے نقائص کے اثر کو نظر انداز نہیں کیا جا سکتا۔

مختصر

لتیم آئن بیٹریوں کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی کو یقینی بنانے کے لیے، درج ذیل نکات پر عمل کرنے کی ضرورت ہے۔

(1) ایک پتلی اور گھنی SEI فلم بنائیں۔

(2) اس بات کو یقینی بنائیں کہ فعال مواد میں Li+ کا ایک بڑا پھیلاؤ گتانک ہے۔

(3) الیکٹرولائٹ میں کم درجہ حرارت پر اعلی آئنک چالکتا ہے۔

اس کے علاوہ، تحقیق لیتھیم آئن بیٹری کی ایک اور قسم کو دیکھنے کا ایک اور طریقہ بھی تلاش کر سکتی ہے۔ روایتی لتیم آئن بیٹریوں کے مقابلے میں، آل سالڈ سٹیٹ لتیم آئن بیٹریاں، خاص طور پر آل سالڈ سٹیٹ پتلی فلم لتیم آئن بیٹریوں سے توقع کی جاتی ہے کہ بیٹریاں استعمال ہونے پر ان سے صلاحیت میں کمی اور سائیکل کی حفاظت کا مسئلہ مکمل طور پر حل ہو جائے گا۔ کم درجہ حرارت. c