Med den snabba utvecklingen av elfordon över hela världen har marknadsstorleken för elfordon nått 1 biljon dollar 2020 och kommer att fortsätta växa med mer än 20 % per år i framtiden. Därför, elektriska fordon som ett viktigt transportsätt, prestandakraven för kraftbatterier kommer att bli allt högre, och effekten av batteriförfall på kraftbatteriets prestanda i lågtemperaturmiljöer bör inte ignoreras. De främsta orsakerna till batteriavklingning i lågtemperaturmiljöer är: För det första påverkar den låga temperaturen batteriets lilla inre motstånd, den termiska diffusionsytan är stor och batteriets inre motstånd ökar. För det andra, batteriet inuti och utanför laddningsöverföringskapaciteten är dålig, kommer batteriet deformation att inträffa när den lokala irreversibla polariseringen. För det tredje är den låga temperaturen hos elektrolytens molekylära rörelse långsam och svår att diffundera i tid när temperaturen stiger. Därför är batteriavbrott vid låg temperatur allvarligt, vilket resulterar i allvarlig försämring av batteriets prestanda.
1、 Status för lågtemperaturbatteriteknik
De tekniska och materiella prestandakraven för litiumjonbatterier förberedda vid låga temperaturer är höga. Den allvarliga prestandaförsämringen av litiumjonbatterier i lågtemperaturmiljöer beror på ökningen av det interna motståndet, vilket leder till svårigheten med elektrolytdiffusion och förkortad cellcykellivslängd. Därför har forskningen om lågtemperaturbatteriteknologi gjort vissa framsteg de senaste åren. Traditionella högtemperaturlitiumjonbatterier har dålig prestanda vid hög temperatur, och deras prestanda är fortfarande instabil under lågtemperaturförhållanden; stor volym lågtemperaturceller, låg kapacitet och dålig lågtemperaturcykelprestanda; polarisation är betydligt starkare vid låg temperatur än vid hög temperatur; ökad viskositet av elektrolyten vid låg temperatur leder till en minskning av antalet laddnings-/urladdningscykler; minskad säkerhet för celler och minskad batteritid vid låg temperatur; och minskad prestanda vid användning vid låg temperatur. Dessutom har den korta livslängden för batteriet vid låg temperatur och säkerhetsriskerna med lågtemperaturceller ställt nya krav på säkerheten för kraftbatterier. Därför är utvecklingen av stabila, säkra, pålitliga och långlivade kraftbatterimaterial för lågtemperaturmiljöer i fokus för forskningen om lågtemperaturlitiumjonbatterier. För närvarande finns det flera lågtemperaturlitiumjonbatterimaterial: (1) litiummetallanodmaterial: litiummetall används i stor utsträckning i elektriska fordon på grund av dess höga kemiska stabilitet, höga elektriska ledningsförmåga och lågtemperaturladdnings- och urladdningsprestanda; (2) kolanodmaterial används i stor utsträckning i elfordon på grund av deras goda värmebeständighet, lågtemperaturcykelprestanda, låg elektrisk ledningsförmåga och lågtemperaturcykellivslängd vid låga temperaturer; (3) kolanodmaterial används i stor utsträckning i elfordon på grund av deras goda värmebeständighet, lågtemperaturcykelprestanda, låg elektrisk ledningsförmåga och lågtemperaturcykellivslängd. i; (3) organiska elektrolyter har bra prestanda vid låg temperatur; (4) polymerelektrolyter: polymermolekylkedjor är relativt korta och har hög affinitet; (5) oorganiska material: oorganiska polymerer har goda prestandaparametrar (ledningsförmåga) och god kompatibilitet mellan elektrolytaktivitet; (6) metalloxider är mindre; (7) oorganiska material: oorganiska polymerer, etc.
2、 Effekten av lågtemperaturmiljö på litiumbatteri
Cykellivslängden för litiumbatterier beror främst på urladdningsprocessen, medan låg temperatur är en faktor som har större inverkan på litiumprodukters livslängd. Vanligtvis, under lågtemperaturmiljö, kommer batteriets yta att genomgå fasförändringar vilket orsakar ytstrukturskador, åtföljd av kapacitets- och cellkapacitetsminskning. Under höga temperaturförhållanden genereras gas i cellen, vilket kommer att påskynda termisk diffusion; under låg temperatur kan gas inte tömmas i tid, vilket påskyndar fasändringen av batterivätska; ju lägre temperatur, desto mer gas genereras och desto långsammare fasförändring av batterivätska. Därför är den interna materialförändringen av batteriet mer drastisk och komplex under låg temperatur, och det är lättare att generera gaser och fasta ämnen inuti batterimaterialet; samtidigt kommer den låga temperaturen att leda till en serie destruktiva reaktioner såsom irreversibelt brott av kemiska bindningar vid gränsytan mellan katodmaterialet och elektrolyten; det kommer också att leda till att elektrolytens självmontering och cykellivslängd minskar; överföringsförmågan för litiumjonladdning till elektrolyten kommer att reduceras; laddnings- och urladdningsprocessen kommer att orsaka en rad kedjereaktioner såsom polarisationsfenomen under litiumjonladdningsöverföring, batterikapacitetsförsämring och intern spänningsfrigöring, vilket påverkar livslängden och energitätheten hos litiumjonbatterier och andra funktioner. Ju lägre temperatur vid låg temperatur, desto mer intensiva och komplexa är de olika destruktiva reaktionerna såsom redoxreaktion på batteriytan, termisk diffusion, fasförändring inuti cellen och till och med fullständig förstörelse kommer i sin tur att utlösa en serie kedjereaktioner såsom elektrolyt. självmontering, ju långsammare reaktionshastigheten är, desto allvarligare sjunker batterikapaciteten, och desto sämre är litiumjonladdningsmigreringsförmågan vid hög temperatur.
3、 Låg temperatur på utvecklingen av litiumbatteriteknologins forskningsutsikter
I lågtemperaturmiljön kommer batteriets säkerhet, cykellivslängd och celltemperaturstabilitet att påverkas, och effekten av låg temperatur på litiumbatteriernas livslängd kan inte ignoreras. För närvarande har lågtemperaturbatteriteknologins forskning och utveckling med hjälp av membran, elektrolyt, positiva och negativa elektrodmaterial och andra metoder gjort vissa framsteg. I framtiden bör utvecklingen av lågtemperatur litiumbatteriteknik förbättras från följande aspekter: (1) utvecklingen av litiumbatterimaterialsystem med hög energitäthet, lång livslängd, låg dämpning, liten storlek och låg kostnad vid låg temperatur ; (2) kontinuerlig förbättring av batteriets interna motståndskontroll genom strukturell design och materialberedningsteknik; (3) i utvecklingen av hög kapacitet, låg kostnad litium batteri system, bör uppmärksamhet ägnas åt elektrolyt tillsatser, litiumjon och anod och katod gränssnitt och internt aktivt material och andra viktiga faktorer påverkar; (4) förbättra battericykelns prestanda (ladda och ladda ur specifik energi), batteriets termiska stabilitet i lågtemperaturmiljö, säkerheten för litiumbatterier i lågtemperaturmiljö och annan batteriteknologiutvecklingsriktning; (5) utveckla batterisystemlösningar med hög säkerhetsprestanda, höga kostnader och låg kostnad under låga temperaturer; (6) utveckla lågtemperaturbatterirelaterade produkter och främja deras tillämpning; (7) utveckla högpresterande lågtemperaturbeständiga batterimaterial och enhetsteknik.
Naturligtvis, förutom ovanstående forskningsinstruktioner, finns det också många forskningsriktningar för att ytterligare förbättra batteriprestanda under lågtemperaturförhållanden, förbättra energitätheten hos lågtemperaturbatterier, minska batteriförsämring i lågtemperaturmiljöer, förlänga batterilivslängden och annan forskning framsteg; men den viktigare frågan är hur man uppnår hög prestanda, hög säkerhet, låg kostnad, hög räckvidd, lång livslängd och låg kostnad kommersialisering av batterier under låga temperaturer är den aktuella. Forskningen måste fokusera på att slå igenom och lösa problemet.
Posttid: 2022-nov-22