В условиях низких температур производительность литий-ионного аккумулятора не идеальна. Когда обычно используемые литий-ионные аккумуляторы работают при температуре -10 °С, их максимальная зарядно-разрядная емкость и напряжение на клеммах будут значительно снижены по сравнению с нормальной температурой [6], когда температура разряда упадет до -20 °С, доступная емкость увеличится. даже быть уменьшено до 1/3 при комнатной температуре 25 ° C, когда температура разряда ниже, некоторые литиевые батареи не могут даже заряжаться и разряжаться, переходя в состояние «разряженной батареи».
1. Характеристики литий-ионных аккумуляторов при низких температурах.
(1) Макроскопический
Характерные изменения литий-ионного аккумулятора при низкой температуре следующие: при непрерывном понижении температуры омическое сопротивление и сопротивление поляризации увеличиваются в разной степени; Напряжение разряда литий-ионного аккумулятора ниже, чем при нормальной температуре. При зарядке и разрядке при низкой температуре его рабочее напряжение возрастает или падает быстрее, чем при нормальной температуре, что приводит к значительному снижению его максимальной полезной емкости и мощности.
(2) Микроскопически
Изменения характеристик литий-ионных аккумуляторов при низких температурах обусловлены главным образом влиянием следующих важных факторов. При температуре окружающей среды ниже -20℃ жидкий электролит затвердевает, его вязкость резко увеличивается, а ионная проводимость снижается. Диффузия ионов лития в материалах положительных и отрицательных электродов происходит медленно; Ион лития трудно десольватировать, его передача в пленке SEI происходит медленно, а сопротивление переноса заряда увеличивается. Проблема дендритов лития особенно заметна при низких температурах.
2. Чтобы решить проблему низкотемпературных характеристик литий-ионных батарей.
Разработайте новую систему электролитической жидкости, отвечающую условиям низких температур; Улучшите структуру положительных и отрицательных электродов, чтобы ускорить скорость передачи и сократить расстояние передачи; Контролируйте положительный и отрицательный интерфейс твердого электролита, чтобы уменьшить импеданс.
(1) добавки к электролиту
В целом, использование функциональных добавок является одним из наиболее эффективных и экономичных способов улучшить низкотемпературные характеристики аккумулятора и помочь сформировать идеальную SEI-пленку. В настоящее время основными типами присадок являются присадки на основе изоцианата, присадки на основе серы, присадки ионной жидкости и присадки неорганической соли лития.
Например, добавки на основе серы диметилсульфита (DMS) с соответствующей восстановительной активностью, а также потому, что продукты восстановления и связывание ионов лития слабее, чем винилсульфат (DTD), сокращение использования органических добавок приведет к увеличению импеданса интерфейса, чтобы создать более стабильная и лучшая ионная проводимость пленки интерфейса отрицательного электрода. Сульфитные эфиры, представленные диметилсульфитом (ДМС), обладают высокой диэлектрической проницаемостью и широким диапазоном рабочих температур.
(2) Растворитель электролита
Традиционный электролит литий-ионного аккумулятора заключается в растворении 1 моля гексафторфосфата лития (LiPF6) в смешанном растворителе, таком как EC, PC, VC, DMC, метилэтилкарбонат (EMC) или диэтилкарбонат (DEC), где состав растворитель, температура плавления, диэлектрическая проницаемость, вязкость и совместимость с солями лития серьезно влияют на рабочую температуру аккумулятора. В настоящее время коммерческий электролит легко затвердевает при применении в условиях низкой температуры -20 ℃ и ниже, низкая диэлектрическая проницаемость затрудняет диссоциацию соли лития, а вязкость слишком высока, чтобы сделать внутреннее сопротивление батареи низким. Платформа напряжения. Литий-ионные батареи могут иметь лучшие характеристики при низких температурах за счет оптимизации существующего соотношения растворителей, например, за счет оптимизации состава электролита (EC:PC:EMC=1:2:7), так что отрицательный электрод TiO2(B)/графен имеет емкость ~240 мА·ч·г-1 при температуре -20℃ и плотности тока 0,1 А·г-1. Или разработать новые низкотемпературные электролитные растворители. Плохая работа литий-ионных аккумуляторов при низких температурах связана, главным образом, с медленной десольватацией Li+ в процессе внедрения Li+ в материал электрода. Могут быть выбраны вещества с низкой энергией связи между Li+ и молекулами растворителя, такие как 1,3-диоксопентилен (DIOX), а в качестве электродного материала для сборки аккумуляторного теста используется наноразмерный титанат лития, чтобы компенсировать пониженный коэффициент диффузии электродный материал при сверхнизких температурах, чтобы добиться лучших характеристик при низких температурах.
(3) соль лития
В настоящее время коммерческий ион LiPF6 имеет высокую проводимость, высокие требования к влажности в окружающей среде, плохую термическую стабильность, а реакция с вредными газами, такими как HF в воде, легко может стать угрозой безопасности. Пленка твердого электролита, изготовленная из бората дифтороксалата лития (LiODFB), достаточно стабильна и имеет лучшие характеристики при низких температурах и более высокую производительность. Это связано с тем, что LiODFB имеет преимущества как бората диоксалата лития (LiBOB), так и LiBF4.
3. Резюме
На низкотемпературные характеристики литий-ионных батарей будут влиять многие аспекты, такие как материалы электродов и электролиты. Комплексное улучшение с различных точек зрения, таких как материалы электродов и электролит, может способствовать применению и развитию литий-ионных батарей, и перспективы применения литиевых батарей хорошие, но технология требует разработки и совершенствования в ходе дальнейших исследований.
Время публикации: 27 июля 2023 г.