Зашто се капацитет литијумске батерије смањује зими, коначно неко може да објасни!
Откако су литијум{0}}јонске батерије ушле на тржиште, нашле су широку примену због својих предности дугог века трајања, великог специфичног капацитета и без меморијског ефекта. Коришћење литијум{1}}јонских батерија на ниским температурама има проблеме као што су мали капацитет, озбиљно слабљење, лоше перформансе циклуса, очигледно таложење литијума и неуравнотежена екстракција литијума. Међутим, са континуираним ширењем области примене, ограничења изазвана лошим перформансама литијум-ионских батерија на ниским температурама на ниским{2}}има постају све очигледнија.
Према извештајима, капацитет пражњења литијум{0}}јонских батерија на -20 степени је само око 31,5 процената од оног на собној температури. Радна температура традиционалних литијум{8}}јонских батерија је између -20 и плус 55 степени. Међутим, у областима ваздухопловства, војне индустрије, електричних возила итд., батерија је потребна да нормално ради на -40 степени. Због тога је од великог значаја побољшати нискотемпературна својства Ли-јонских батерија.
Фактори који ограничавају перформансе литијум-јонских батерија на ниским температурама
У окружењу са ниским температурама, вискозитет електролита се повећава, па чак и делимично очвршћава, што доводи до смањења проводљивости литијум{0}}јонских батерија. Компатибилност између електролита и негативне електроде и сепаратора постаје лоша у окружењу ниске температуре. Негативна електрода литијум{1}}јонске батерије има озбиљне преципитације литијума у окружењу ниске температуре, а исталожени метални литијум реагује са електролитом, а његово таложење производа доводи до повећања дебљине чврсте супстанце- интерфејс електролита (СЕИ). У окружењу ниске температуре, дифузиони систем Ли-јонских батерија у активном материјалу се смањује, а отпор преноса наелектрисања (Рцт) значајно расте.
Дискусија о факторима који утичу на перформансе литијум-јонских батерија на ниским температурама
Стручно мишљење 1: Електролит има највећи утицај на ниско-температурне перформансе литијум-јонских батерија, а састав и физичко-хемијска својства електролита имају важан утицај на ниске{{3} }температурне перформансе батерије. Проблеми са којима се батерија суочава на ниским температурама су: вискозитет електролита ће се повећати, брзина проводљивости јона ће постати спорија, што ће резултирати неусклађеношћу брзине миграције електрона спољашњег кола, тако да ће батерија бити озбиљно поларизована, и капацитет пуњења и пражњења ће се нагло смањити. Нарочито када се пуни на ниској температури, литијум јони лако формирају литијум дендрите на површини негативне електроде, што доводи до квара батерије.
Нискотемпературни учинак електролита је уско повезан са величином проводљивости самог електролита. Електролит високе проводљивости брзо преноси јоне и може имати већи капацитет на ниским температурама. Што је литијумова со у електролиту више дисоцирана, то је већи број миграција и већа је проводљивост. Што је већа електрична проводљивост, бржа је брзина јонске проводљивости, мања је поларизација и боље перформансе батерије на ниским температурама. Због тога је већа електрична проводљивост неопходан услов за постизање добрих перформанси на ниским{0}}температурама литијум-јонских батерија.
Проводљивост електролита је повезана са саставом електролита, а смањење вискозитета растварача је један од начина да се побољша проводљивост електролита. Добра флуидност растварача на ниској температури је гаранција транспорта јона, а чврсти филм електролита формиран од електролита на негативној електроди на ниској температури је такође кључ за утицај на проводљивост литијум јона, а РСЕИ је главна импеданса литијум-јонских батерија у окружењима са ниским температурама.
Експерт 2: Главни фактор који ограничава перформансе на ниским температурама литијум{1}}јонских батерија је нагло повећана отпорност на дифузију Ли плус на ниским температурама, а не СЕИ филм.
Нискотемпературна својства катодних материјала за литијум-јонске батерије
1. Нискотемпературна својства слојевитих катодних материјала
Слојевита структура не само да има неупоредиве перформансе брзине једно-дифузионих канала литијум јона, већ има и структурну стабилност тродимензионалних канала-. То је најранији комерцијални катодни материјал за литијум-јонске батерије. Његове репрезентативне супстанце су ЛиЦоО2, Ли(Цо1-кНик)О2 и Ли(Ни, Цо, Мн)О2 и тако даље.
Ксие Ксиаохуа и др. узео ЛиЦоО2/МЦМБ као објекат истраживања и тестирао његове карактеристике пражњења при ниском -температурном набоју{2}}.
The results show that with the decrease of temperature, the discharge platform drops from 3.762V (0 degree ) to 3.207V (–30 degree ); the total battery capacity also decreases sharply from 78.98mA·h (0 degree ) to 68.55mA·h (–30 degree ).
2. Ниско-карактеристике катодних-материјала са структуром спинела
ЛиМн2О4 катодни материјал са структуром спинела има предности ниске цене и не-токсичности јер не садржи елемент Цо.
Међутим, варијабилност валенције Мн и Јан-Теллеров ефекат Мн3 плус доводе до структурне нестабилности и лоше реверзибилности ове компоненте.
Пенг Зхенгсхун и др. истакао је да различите методе припреме имају велики утицај на електрохемијске перформансе катодних материјала ЛиМн2О4. Узимајући Рцт као пример: Рцт ЛиМн2О4 синтетизованог високотемпературном методом чврсте-фазе је значајно већи од Рцт методе сол-гела, а овај феномен је у методи литијум јона. Коефицијент дифузије се такође одражава. Разлог је тај што различите методе синтезе имају велики утицај на кристалност и морфологију производа.
3. Нискотемпературне карактеристике катодних материјала фосфатног система
Због своје одличне запреминске стабилности и сигурности, ЛиФеПО4, заједно са тернарним материјалима, постао је главни део актуелних материјала катодних батерија за напајање. Лоше перформансе литијум гвожђе фосфата на ниским температурама су углавном последица чињенице да је сам материјал изолатор, са ниском електронском проводљивошћу, слабом дифузијом литијум јона и слабом проводљивошћу на ниским температурама, што повећава унутрашњи отпор батерије, што је у великој мери погођен поларизацијом и отежава пуњење и пражњење батерије. Због тога перформансе на ниским температурама нису идеалне.
When studying the charge{{0}}discharge behavior of LiFePO4 at low temperature, Gu Yijie et al. found that its coulombic efficiency dropped from 100 percent at 55 degree to 96 percent at 0 degree and 64 percent at -20 degree , respectively; the discharge voltage decreased from 3.11V at 55 degree . Decrease to 2.62V at –20 degree .
Xing et al. modified LiFePO4 with nano-carbon and found that after adding nano-carbon conductive agent, the electrochemical performance of LiFePO4 was less sensitive to temperature, and the low-temperature performance was improved; the discharge voltage of modified LiFePO4 increased from 3.40 at 25 degree V drops to 3.09V at –25 degree , a decrease of only 9.12 percent ; and its cell efficiency at –25 degree is 57.3 percent , which is higher than 53.4 percent without nano-carbon conductive agent.
Недавно је ЛиМнПО4 привукао велико интересовање. Студија је открила да ЛиМнПО4 има предности високог потенцијала (4,1В), без загађења, ниске цене и великог специфичног капацитета (170мАх/г). Међутим, због ниже јонске проводљивости ЛиМнПО4 од ЛиФеПО4, Фе се у пракси често користи да делимично замени Мн да би се формирао чврсти раствор ЛиМн0.8Фе0.2ПО4.
Нискотемпературна својства анодних материјала за литијум-јонске батерије
У поређењу са материјалом позитивне електроде, нискотемпературно погоршање материјала негативне електроде литијум-јонске батерије је озбиљније, углавном из следећа три разлога:
When the battery is charged and discharged at a high rate at low temperature, the polarization of the battery is serious, and a large amount of metal lithium is deposited on the surface of the negative electrode, and the reaction product of metal lithium and the electrolyte generally does not have conductivity; From the perspective of thermodynamics, the electrolyte contains a large amount of C–O, C– N etc.
The polar group can react with the negative electrode material, and the formed SEI film is more susceptible to low temperature; · The carbon negative electrode is difficult to intercalate lithium at low temperature, and there is asymmetric charge and discharge.
а98ц6б55абдцд5адц3579беецае2цбд9.пнг
Истраживање нискотемпературног електролита
Електролит игра улогу транспорта Ли плус у литијум{0}}јонским батеријама, а његова јонска проводљивост и својства формирања СЕИ филма-имају значајан утицај на ниске{2}}перформансе батерије . Постоје три главна индикатора за процену предности и недостатака електролита на ниским{3}}има: јонска проводљивост, електрохемијски прозор и реактивност електрода. Ниво ова три индикатора у великој мери зависи од његових саставних материјала: растварача, електролита (литијумове соли) и адитива. Стога је истраживање перформанси на ниским температурама сваког дела електролита од великог значаја за разумевање и побољшање перформанси батерије на ниским температурама.
·Low-temperature characteristics of EC-based electrolytes Compared with chain carbonates, cyclic carbonates have a tighter structure, larger 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 solvent effectively prevent the co-insertion of solvent molecules, making it 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. ·Lithium salt is an important component of electrolyte. Lithium salt in the electrolyte can not only improve the ionic conductivity of the solution, but also reduce the diffusion distance of Li plus in the solution. In general, the greater the concentration of Li plus in the solution, the greater the ionic conductivity. However, the concentration of lithium ions in the electrolyte is not linearly related to the concentration of lithium salts, but is parabolic. This is because the concentration of lithium ions in the solvent depends on the strength of the dissociation and association of lithium salts in the solvent.
Истраживање нискотемпературног електролита
Поред састава саме батерије, фактори процеса у стварном раду такође ће имати велики утицај на перформансе батерије.
(1) Процес припреме. Иакуб ет ал. проучавао је утицај оптерећења електроде и дебљине превлаке на перформансе на ниским температурама ЛиНи0.6Цо0.2Мн0.2О2 /Графит батерија и открио да у смислу задржавања капацитета, што је мање оптерећење електрода и што је слој премаза тањи, то су перформансе на ниским температурама боље. .
(2) Стање пуњења и пражњења. Петзл и др. проучавао је ефекат ниског {{1}температурног пуњења- стања пражњења на животни век батерије и открио да када је дубина пражњења велика, то ће узроковати већи губитак капацитета и смањити животни век циклуса.
(3) Други фактори. Површина, величина пора, густина електрода, квашење електроде и електролита, и сепаратора, итд., све утичу на ниско-перформансе литијум-јонских батерија на ниским температурама. Поред тога, не може се занемарити утицај недостатака материјала и процеса на перформансе батерије на ниским температурама.
Резимирати
Да бисте обезбедили перформансе литијум{0}јонских батерија на ниским температурама, потребно је урадити следеће:
(1) Формирајте танак и густ СЕИ филм;
(2) Осигурати да Ли плус има велики коефицијент дифузије у активном материјалу;
(3) Електролит има високу јонску проводљивост на ниској температури.
Поред тога, истраживање може да пронађе и други начин да се погледа други тип литијум-јонске батерије-све-чврсте-литијум-јонске батерије- . У поређењу са конвенционалним литијум-јонским батеријама, све-чврсте-литијумске-јонске батерије, посебно све-чврсте-танке{10} Очекује се да ће {11}}филмске литијум-јонске батерије{12}}у потпуности решити проблем опадања капацитета и сигурност циклуса када се батерије користе на ниским температурама.
