I lågtemperaturmiljö är litiumjonbatteriets prestanda inte idealisk.När vanligt använda litiumjonbatterier arbetar vid -10 °C, kommer deras maximala laddnings- och urladdningskapacitet och polspänning att minska avsevärt jämfört med normal temperatur [6], när urladdningstemperaturen sjunker till -20 °C, kommer den tillgängliga kapaciteten att även reduceras till 1/3 vid rumstemperatur 25 ° C, när urladdningstemperaturen är lägre, kan vissa litiumbatterier inte ens ladda och ladda ur aktiviteter och går in i ett "dött batteri" tillstånd.
1, egenskaperna hos litiumjonbatterier vid låga temperaturer
(1) Makroskopisk
De karakteristiska förändringarna av litiumjonbatterier vid låg temperatur är som följer: med den kontinuerliga minskningen av temperaturen, ökar det ohmska motståndet och polarisationsmotståndet i olika grader;Urladdningsspänningen för litiumjonbatteri är lägre än normal temperatur.Vid laddning och urladdning vid låg temperatur stiger eller faller dess driftspänning snabbare än vid normal temperatur, vilket resulterar i en betydande minskning av dess maximala användbara kapacitet och effekt.
(2) Mikroskopiskt
Prestandaförändringarna hos litiumjonbatterier vid låga temperaturer beror främst på påverkan av följande viktiga faktorer.När omgivningstemperaturen är lägre än -20 ℃ stelnar den flytande elektrolyten, dess viskositet ökar kraftigt och dess jonledningsförmåga minskar.Litiumjondiffusion i positiva och negativa elektrodmaterial är långsam;Litiumjon är svår att desolvera, och dess överföring i SEI-film är långsam, och laddningsöverföringsimpedansen ökar.Litiumdendritproblemet är särskilt framträdande vid låg temperatur.
2, För att lösa lågtemperaturprestanda hos litiumjonbatterier
Designa ett nytt elektrolytiskt vätskesystem för att möta lågtemperaturmiljön;Förbättra den positiva och negativa elektrodstrukturen för att accelerera överföringshastigheten och förkorta överföringsavståndet;Kontrollera positiva och negativa fasta elektrolytgränssnitt för att minska impedansen.
(1) elektrolyttillsatser
I allmänhet är användningen av funktionella tillsatser ett av de mest effektiva och ekonomiska sätten att förbättra batteriets lågtemperaturprestanda och hjälpa till att bilda den ideala SEI-filmen.För närvarande är huvudtyperna av tillsatser isocyanatbaserade tillsatser, svavelbaserade tillsatser, joniska flytande tillsatser och oorganiska litiumsalttillsatser.
Till exempel, dimetylsulfit (DMS) svavelbaserade tillsatser, med lämplig reducerande aktivitet, och eftersom dess reduktionsprodukter och litiumjonbindning är svagare än vinylsulfat (DTD), kommer att lindra användningen av organiska tillsatser att öka gränssnittsimpedansen, för att bygga en stabilare och bättre jonledningsförmåga hos den negativa elektrodgränssnittsfilmen.Sulfitestrarna representerade av dimetylsulfit (DMS) har hög dielektricitetskonstant och brett driftstemperaturområde.
(2) Elektrolytens lösningsmedel
Den traditionella litiumjonbatterielektrolyten är att lösa 1 mol litiumhexafluorfosfat (LiPF6) i ett blandat lösningsmedel, såsom EC, PC, VC, DMC, metyletylkarbonat (EMC) eller dietylkarbonat (DEC), där sammansättningen av lösningsmedlet, smältpunkten, dielektricitetskonstanten, viskositeten och kompatibiliteten med litiumsalt kommer att allvarligt påverka batteriets driftstemperatur.För närvarande är den kommersiella elektrolyten lätt att stelna när den appliceras på en lågtemperaturmiljö på -20 ℃ och lägre, den låga dielektricitetskonstanten gör litiumsaltet svårt att dissociera och viskositeten är för hög för att göra batteriets inre resistans och låg spänningsplattform.Litiumjonbatterier kan ha bättre lågtemperaturprestanda genom att optimera det befintliga lösningsmedelsförhållandet, till exempel genom att optimera elektrolytformuleringen (EC:PC:EMC=1:2:7) så att TiO2(B)/grafen negativ elektrod har A kapacitet på ~240 mA h g-1 vid -20 ℃ och 0,1 A g-1 strömtäthet.Eller utveckla nya lågtemperaturelektrolytlösningsmedel.Den dåliga prestandan hos litiumjonbatterier vid låga temperaturer är huvudsakligen relaterad till den långsamma upplösningen av Li+ under processen med Li+ inbäddning i elektrodmaterialet.Ämnen med låg bindningsenergi mellan Li+ och lösningsmedelsmolekyler, såsom 1,3-dioxopentylen (DIOX), kan väljas och litiumtitanat i nanoskala används som elektrodmaterial för att montera batteritestet för att kompensera för den reducerade diffusionskoefficienten för elektrodmaterial vid ultralåga temperaturer, för att uppnå bättre lågtemperaturprestanda.
(3) litiumsalt
För närvarande har den kommersiella LiPF6-jonen hög ledningsförmåga, höga fuktkrav i miljön, dålig termisk stabilitet och dåliga gaser som HF i vattenreaktion är lätta att orsaka säkerhetsrisker.Den fasta elektrolytfilmen som produceras av litiumdifluoroxalatborat (LiODFB) är tillräckligt stabil och har bättre lågtemperaturprestanda och högre hastighetsprestanda.Detta beror på att LiODFB har fördelarna med både litiumdioxalatborat (LiBOB) och LiBF4.
3. Sammanfattning
Lågtemperaturprestandan hos litiumjonbatterier kommer att påverkas av många aspekter som elektrodmaterial och elektrolyter.Omfattande förbättringar från flera perspektiv som elektrodmaterial och elektrolyt kan främja tillämpningen och utvecklingen av litiumjonbatterier, och tillämpningsutsikterna för litiumbatterier är goda, men tekniken måste utvecklas och fulländas i ytterligare forskning.
Posttid: 2023-jul-27