Благодаря быстрому развитию электромобилей во всем мире объем рынка электромобилей достиг 1 триллиона долларов в 2020 году и в будущем будет продолжать расти со скоростью более 20% в год.Таким образом, для электромобилей как основного вида транспорта требования к производительности силовых батарей будут все более высокими, и не следует игнорировать влияние распада батареи на производительность силовых батарей в условиях низких температур.Основными причинами разрушения аккумулятора в условиях низких температур являются: во-первых, низкая температура влияет на небольшое внутреннее сопротивление аккумулятора, площадь термодиффузии велика, а внутреннее сопротивление аккумулятора увеличивается.Во-вторых, емкость аккумулятора внутри и снаружи плохая, деформация аккумулятора произойдет при локальной необратимой поляризации.В-третьих, низкая температура молекулярного движения электролита происходит медленно и с трудом распространяется во времени при повышении температуры.Таким образом, разрушение батареи при низкой температуре является серьезным, что приводит к серьезному ухудшению производительности батареи.
1. Статус технологии низкотемпературных аккумуляторов.
Требования к техническим характеристикам и материалам литий-ионных аккумуляторов, изготовленных при низких температурах, высоки.Серьезное ухудшение характеристик литий-ионной аккумуляторной батареи в условиях низких температур происходит из-за увеличения внутреннего сопротивления, что приводит к затруднению диффузии электролита и сокращению срока службы элемента.Таким образом, в последние годы исследования в области технологии низкотемпературных аккумуляторов добились определенного прогресса.Традиционные высокотемпературные литий-ионные батареи имеют плохие характеристики при высоких температурах, и их производительность по-прежнему нестабильна в условиях низких температур;большой объем низкотемпературных ячеек, низкая емкость и плохая производительность низкотемпературного цикла;поляризация при низкой температуре значительно сильнее, чем при высокой;повышенная вязкость электролита при низкой температуре приводит к уменьшению количества циклов заряда/разряда;снижение сохранности элементов и сокращение срока службы аккумуляторов при низкой температуре;и снижение производительности при использовании при низкой температуре.Кроме того, короткий срок службы батареи при низкой температуре и риски безопасности, связанные с низкотемпературными элементами, выдвинули новые требования к безопасности силовых батарей.Поэтому разработка стабильных, безопасных, надежных и долговечных материалов для силовых аккумуляторов для низкотемпературных сред находится в центре внимания исследований низкотемпературных литий-ионных батарей.В настоящее время существует несколько материалов для низкотемпературных литий-ионных аккумуляторов: (1) литий-металлические анодные материалы: металлический литий широко используется в электромобилях из-за его высокой химической стабильности, высокой электропроводности и характеристик зарядки и разрядки при низких температурах;(2) углеродные анодные материалы широко используются в электромобилях из-за их хорошей термостойкости, работоспособности в низкотемпературном цикле, низкой электропроводности и долговечности в низкотемпературном цикле при низких температурах;(3) углеродные анодные материалы широко используются в электромобилях из-за их хорошей термостойкости, устойчивости к низкотемпературным циклам, низкой электропроводности и срока службы при низких температурах.в;(3) органические электролиты имеют хорошие характеристики при низкой температуре;(4) полимерные электролиты: молекулярные цепи полимеров относительно короткие и обладают высоким сродством;(5) неорганические материалы: неорганические полимеры имеют хорошие эксплуатационные параметры (проводимость) и хорошую совместимость электролитной активности;(6) оксидов металлов меньше;(7) неорганические материалы: неорганические полимеры и т. д.
2. Влияние низкой температуры на литиевую батарею.
Срок службы литиевых батарей зависит в основном от процесса разрядки, при этом низкая температура является фактором, оказывающим большее влияние на срок службы литиевых изделий.Обычно в условиях низкой температуры на поверхности батареи происходит фазовый переход, вызывающий повреждение структуры поверхности, сопровождающийся снижением емкости и емкости элемента.В условиях высокой температуры в ячейке образуется газ, который ускоряет термодиффузию;при низкой температуре газ не может быть разряжен вовремя, что ускоряет фазовый переход жидкости в аккумуляторе;чем ниже температура, тем больше выделяется газа и тем медленнее происходит фазовый переход жидкости в аккумуляторе.Следовательно, изменение внутреннего материала батареи происходит более резко и сложно при низкой температуре, и внутри материала батареи легче образовывать газы и твердые вещества;в то же время низкая температура приведет к ряду разрушительных реакций, таких как необратимый разрыв химических связей на границе между материалом катода и электролитом;это также приведет к уменьшению самосборки электролита и срока службы;способность литий-ионного переноса заряда к электролиту будет снижена;Процесс зарядки и разрядки вызовет серию цепных реакций, таких как явление поляризации во время литий-ионной передачи заряда, снижение емкости аккумулятора и снятие внутреннего напряжения, что влияет на срок службы и плотность энергии литий-ионных аккумуляторов и другие функции.Чем ниже температура при низкой температуре, тем интенсивнее и сложнее различные разрушительные реакции, такие как окислительно-восстановительная реакция на поверхности батареи, термодиффузия, фазовый переход внутри элемента и даже полное разрушение, в свою очередь, вызовут серию цепных реакций, таких как электролит самосборка, чем медленнее скорость реакции, тем серьезнее снижение емкости аккумулятора и тем хуже способность миграции заряда ионов лития при высокой температуре.
3. Низкая температура влияет на перспективы исследований в области технологии литиевых батарей.
В условиях низкой температуры это повлияет на безопасность, срок службы и температурную стабильность элементов батареи, а влияние низкой температуры на срок службы литиевых батарей нельзя игнорировать.В настоящее время исследования и разработки технологии низкотемпературных аккумуляторов с использованием диафрагмы, электролита, материалов положительных и отрицательных электродов и других методов достигли определенного прогресса.В будущем развитие технологии низкотемпературных литиевых батарей должно быть улучшено с учетом следующих аспектов: (1) разработка системы материалов литиевых батарей с высокой плотностью энергии, длительным сроком службы, низким затуханием, небольшими размерами и низкой стоимостью при низкой температуре. ;(2) постоянное совершенствование контроля внутреннего сопротивления батареи посредством проектирования конструкции и технологии подготовки материалов;(3) при разработке высокоемкой и недорогой литиевой аккумуляторной системы следует уделять внимание добавкам электролита, литий-ионному интерфейсу, аноду и катоду, а также внутреннему активному материалу и другим ключевым факторам;(4) улучшить характеристики цикла батареи (удельную энергию заряда и разряда), термическую стабильность батареи в низкотемпературной среде, безопасность литиевых батарей в низкотемпературной среде и другие направления развития аккумуляторных технологий;(5) разработать высокобезопасные, дорогостоящие и недорогие решения для систем аккумуляторных батарей в условиях низких температур;(6) разрабатывать продукты, связанные с низкотемпературными батареями, и продвигать их применение;(7) разработать высокопроизводительные, устойчивые к низким температурам аккумуляторные материалы и технологии устройств.
Конечно, помимо вышеуказанных направлений исследований, существует также множество направлений исследований по дальнейшему улучшению характеристик аккумуляторов в условиях низких температур, улучшению плотности энергии низкотемпературных аккумуляторов, уменьшению деградации аккумуляторов в условиях низких температур, продлению срока службы аккумуляторов и другим исследованиям. прогресс;но более важным вопросом является то, как добиться высокой производительности, высокой безопасности, низкой стоимости, большого радиуса действия, длительного срока службы и низкой стоимости. В настоящее время в настоящее время ведется коммерциализация батарей в условиях низких температур. Исследования должны быть сосредоточены на прорыве и решении этой проблемы.
Время публикации: 22 ноября 2022 г.