Zašto se kapacitet litijumske baterije smanjuje zimi?

Litijum-jonske baterije su naširoko korištene zbog dugog vijeka trajanja, velikog specifičnog kapaciteta i bez memorijskog efekta otkako su ušle na tržište. Upotreba litijum-jonskih baterija na niskim temperaturama ima probleme kao što su mali kapacitet, jako slabljenje, slaba brzina ciklusa, očigledna precipitacija litijuma i neuravnotežena deinterkalacija litijuma. Međutim, s kontinuiranim širenjem polja primjene, ograničenja koja donose loše performanse litijum-jonskih baterija na niskim temperaturama postaju sve očiglednija.

Prema izvještajima, kapacitet pražnjenja litijum-jonskih baterija na -20 stepenu je samo oko 31,5 posto od onog na sobnoj temperaturi. Radna temperatura tradicionalnih litijum-jonskih baterija je između -20 i plus 55 stepeni. Međutim, u vazduhoplovstvu, vojnoj industriji, električnim vozilima i drugim poljima, baterije su potrebne da normalno rade na -40 stepenu. Stoga je od velikog značaja poboljšati niskotemperaturna svojstva litijum-jonskih baterija.

Faktori koji ograničavaju performanse litijum-jonskih baterija na niskim temperaturama

U okruženju s niskim temperaturama, viskoznost elektrolita se povećava, pa čak i djelomično očvršćava, što rezultira smanjenjem vodljivosti litijum-jonske baterije.

U okruženju niske temperature, kompatibilnost između elektrolita, negativne elektrode i separatora postaje loša.

Litijum se ozbiljno istaloži iz negativne elektrode litijum-jonske baterije u okruženju niske temperature, a istaloženi metalni litijum reaguje sa elektrolitom, a njegovo taloženje proizvoda dovodi do povećanja debljine interfejsa čvrstog elektrolita (SEI) .

U okruženju niske temperature, sistem difuzije litijum-jonskih baterija u aktivnom materijalu se smanjuje, a otpor prenosa naelektrisanja (Rct) značajno raste.

Diskusija o determinantnim faktorima koji utječu na performanse litijum-jonskih baterija pri niskim temperaturama

Stručno mišljenje 1: Elektrolit ima najveći uticaj na niskotemperaturne performanse litijum-jonskih baterija, a sastav i fizička i hemijska svojstva elektrolita imaju važan uticaj na niskotemperaturne performanse baterije. Problem s kojim se suočava ciklus baterije na niskoj temperaturi je: viskoznost elektrolita će se povećati, brzina provodljivosti jona će se usporiti, a brzina migracije elektrona vanjskog kola neće odgovarati. Stoga će baterija biti jako polarizirana i kapacitet punjenja i pražnjenja će se naglo smanjiti. Naročito pri punjenju na niskoj temperaturi, litijum ioni mogu lako formirati litijeve dendrite na površini negativne elektrode, što dovodi do kvara baterije.

Niskotemperaturne performanse elektrolita usko su povezane sa provodljivošću samog elektrolita. Elektrolit visoke provodljivosti može brže prenositi ione i može imati veći kapacitet na niskim temperaturama. Što je više disociranih litijumovih soli u elektrolitu, to je veći broj migracije i veća je provodljivost. Što je veća provodljivost, brža je brzina jonske provodljivosti, manja je polarizacija i bolje performanse baterije na niskim temperaturama. Stoga je veća provodljivost neophodan uslov za postizanje dobrih niskotemperaturnih performansi litijum-jonskih baterija.

Provodljivost elektrolita je povezana sa sastavom elektrolita, a smanjenje viskoznosti rastvarača jedan je od načina povećanja provodljivosti elektrolita. Otapalo Dobra fluidnost rastvarača na niskoj temperaturi je garancija transporta jona, a čvrsti film elektrolita formiran od elektrolita na negativnoj elektrodi na niskoj temperaturi je takođe ključ za provodljivost litijum jona, a RSEI je glavna impedancija litijum-jonskih baterija u okruženjima niskih temperatura.

Stručnjak 2: Glavni faktor koji ograničava performanse litijum-jonskih baterija na niskim temperaturama je naglo povećana otpornost na difuziju Li plus pri niskim temperaturama, a ne SEI film.

Niskotemperaturne karakteristike katodnih materijala za litijum-jonske baterije

Niskotemperaturna svojstva slojevitih katodnih materijala

Slojevita struktura, koja ne samo da ima neuporedive performanse brzine jednodimenzionalnog litijum-jonskog difuzionog kanala, već ima i strukturnu stabilnost trodimenzionalnog kanala, je najraniji komercijalni materijal katode litijum-jonske baterije. Njegove reprezentativne supstance su LiCoO2, Li(Co1-xNix)O2 i Li(Ni, Co, Mn)O2 i tako dalje.