Proč se kapacita lithiové baterie v zimě snižuje?

Lithium-iontové baterie byly od svého vstupu na trh široce používány pro svou dlouhou životnost, velkou specifickou kapacitu a žádný paměťový efekt. Nízkoteplotní použití lithium-iontových baterií má problémy, jako je nízká kapacita, silný útlum, špatná rychlost cyklu, zjevné srážení lithia a nevyvážená deinterkalace lithia. S neustálým rozšiřováním aplikačních oblastí jsou však omezení, která přináší špatný výkon lithium-iontových baterií při nízkých teplotách, stále zjevnější.

Podle zpráv je vybíjecí kapacita lithium-iontových baterií při -20 stupni pouze asi 31,5 procenta kapacity při pokojové teplotě. Provozní teplota tradičních lithium-iontových baterií je mezi -20 a plus 55 stupni . V letectví, vojenském průmyslu, elektrických vozidlech a dalších oborech však musí baterie normálně fungovat při -40 stupni . Proto je velmi důležité zlepšit nízkoteplotní vlastnosti lithium-iontových baterií.

Faktory omezující nízkoteplotní výkon lithium-iontových baterií

V prostředí s nízkou teplotou se viskozita elektrolytu zvyšuje, a dokonce částečně tuhne, což má za následek snížení vodivosti lithium-iontové baterie.

V prostředí s nízkou teplotou se kompatibilita mezi elektrolytem, ​​zápornou elektrodou a separátorem zhoršuje.

Lithium se vážně vysráží ze záporné elektrody lithium-iontové baterie v nízkoteplotním prostředí a vysrážené kovové lithium reaguje s elektrolytem a jeho depozice produktu vede ke zvýšení tloušťky rozhraní pevného elektrolytu (SEI) .

V prostředí s nízkou teplotou se snižuje difúzní systém lithium-iontových baterií v aktivním materiálu a výrazně se zvyšuje odpor přenosu náboje (Rct).

Diskuse o určujících faktorech ovlivňujících výkon Li-ion baterií při nízkých teplotách

Odborný názor 1: Elektrolyt má největší vliv na nízkoteplotní výkon lithium-iontových baterií a složení a fyzikální a chemické vlastnosti elektrolytu mají důležitý vliv na nízkoteplotní výkon baterie. Problém, kterému čelí cyklus baterie při nízké teplotě, je: viskozita elektrolytu se zvýší, rychlost vedení iontů se zpomalí a rychlost migrace elektronů vnějšího obvodu nebude odpovídat. Proto bude baterie silně polarizována a kapacita nabíjení a vybíjení se prudce sníží. Zejména při nabíjení při nízké teplotě mohou lithiové ionty snadno vytvářet lithiové dendrity na povrchu záporné elektrody, což vede k selhání baterie.

Nízkoteplotní výkon elektrolytu úzce souvisí s vodivostí samotného elektrolytu. Elektrolyt s vysokou vodivostí může přenášet ionty rychleji a může mít větší kapacitu při nízkých teplotách. Čím více disociovaných lithných solí v elektrolytu, tím vyšší migrační čísla a vyšší vodivost. Čím vyšší je vodivost, tím vyšší je rychlost vedení iontů, tím menší je polarizace a tím lepší je výkon baterie při nízké teplotě. Proto je vyšší vodivost nezbytnou podmínkou pro dosažení dobrého nízkoteplotního výkonu lithium-iontových baterií.

Vodivost elektrolytu souvisí se složením elektrolytu a snížení viskozity rozpouštědla je jednou z možností, jak vodivost elektrolytu zvýšit. Rozpouštědlo Dobrá tekutost rozpouštědla při nízké teplotě je zárukou transportu iontů a pevný elektrolytický film tvořený elektrolytem na záporné elektrodě při nízké teplotě je také klíčem k vedení lithiových iontů a RSEI je hlavní impedance lithium-iontových baterií v prostředí s nízkou teplotou.

Expert 2: Hlavním faktorem omezujícím nízkoteplotní výkon lithium-iontových baterií je prudce zvýšený difúzní odpor Li plus při nízkých teplotách, nikoli film SEI.

Nízkoteplotní charakteristiky katodových materiálů pro lithium-iontové baterie

Nízkoteplotní vlastnosti vrstvených katodových materiálů

Vrstvená struktura, která má nejen nesrovnatelný rychlostní výkon jednorozměrného lithiového iontového difúzního kanálu, ale má také strukturální stabilitu trojrozměrného kanálu, je prvním komerčním katodovým materiálem lithium-iontové baterie. Jeho zástupci jsou LiCoO2, Li(Co1-xNix)O2 a Li(Ni, Co, Mn)O2 a tak dále.