Rendiment a baixa temperatura de les bateries de liti

En entorns de baixa temperatura, el rendiment de la bateria d'ions de liti no és ideal. Quan les bateries d'ió de liti d'ús habitual funcionen a -10 °C, la seva capacitat màxima de càrrega i descàrrega i la seva tensió terminal es reduiran significativament en comparació amb la temperatura normal [6], quan la temperatura de descàrrega cau a -20 °C, la capacitat disponible serà fins i tot es redueix a 1/3 a temperatura ambient 25 ° C, quan la temperatura de descàrrega és més baixa, algunes bateries de liti ni tan sols poden carregar i descarregar activitats, entrant en un estat de "bateria morta".

1, les característiques de les bateries d'ions de liti a baixes temperatures
(1) Macroscòpica
Els canvis característics de la bateria de ions de liti a baixa temperatura són els següents: amb la disminució contínua de la temperatura, la resistència ohmica i la resistència de polarització augmenten en diferents graus; La tensió de descàrrega de la bateria de ions de liti és inferior a la de la temperatura normal. Quan es carrega i es descarrega a baixa temperatura, la seva tensió de funcionament augmenta o baixa més ràpidament que a la temperatura normal, el que resulta en una disminució important de la seva capacitat i potència útils màximes.

(2) Microscòpicament
Els canvis de rendiment de les bateries d'ions de liti a baixes temperatures es deuen principalment a la influència dels següents factors importants. Quan la temperatura ambient és inferior a -20 ℃, l'electròlit líquid es solidifica, la seva viscositat augmenta bruscament i la seva conductivitat iònica disminueix. La difusió d'ions de liti en materials d'elèctrodes positius i negatius és lenta; Els ions de liti són difícils de desolvatar i la seva transmissió a la pel·lícula SEI és lenta i la impedància de transferència de càrrega augmenta. El problema de la dendrita de liti és especialment important a baixa temperatura.

2, per resoldre el rendiment a baixa temperatura de les bateries d'ions de liti
Dissenyar un nou sistema de líquid electrolític per satisfer l'entorn de baixa temperatura; Millorar l'estructura de l'elèctrode positiva i negativa per accelerar la velocitat de transmissió i escurçar la distància de transmissió; Controla la interfície d'electròlit sòlid positiva i negativa per reduir la impedància.

(1) additius electròlits
En general, l'ús d'additius funcionals és una de les maneres més efectives i econòmiques de millorar el rendiment de la bateria a baixa temperatura i ajudar a formar la pel·lícula SEI ideal. Actualment, els principals tipus d'additius són els additius a base d'isocianats, els additius a base de sofre, els additius líquids iònics i els additius inorgànics de sal de liti.

Per exemple, els additius basats en sofre de sulfit de dimetil (DMS), amb una activitat reductora adequada, i perquè els seus productes de reducció i la unió d'ions de liti són més febles que el sulfat de vinil (DTD), alleujar l'ús d'additius orgànics augmentarà la impedància de la interfície, per construir una més estable i millor conductivitat iònica de la pel·lícula d'interfície d'elèctrode negatiu. Els èsters de sulfit representats pel sulfit de dimetil (DMS) tenen una elevada constant dielèctrica i un ampli rang de temperatures de funcionament.

(2) El dissolvent de l'electròlit
L'electròlit tradicional de la bateria d'ions de liti és dissoldre 1 mol d'hexafluorofosfat de liti (LiPF6) en un dissolvent mixt, com ara EC, PC, VC, DMC, carbonat de metil etil (EMC) o carbonat de dietil (DEC), on la composició de el dissolvent, el punt de fusió, la constant dielèctrica, la viscositat i la compatibilitat amb la sal de liti afectaran seriosament la temperatura de funcionament de la bateria. Actualment, l'electròlit comercial és fàcil de solidificar quan s'aplica a un entorn de baixa temperatura de -20 ℃ i per sota, la baixa constant dielèctrica fa que la sal de liti sigui difícil de dissociar i la viscositat és massa alta per fer que la resistència interna de la bateria sigui baixa i baixa. plataforma de tensió. Les bateries d'ió de liti poden tenir un millor rendiment a baixa temperatura optimitzant la proporció de dissolvents existent, com ara optimitzant la formulació d'electròlits (EC:PC:EMC=1:2:7) de manera que l'elèctrode negatiu TiO2(B)/ grafè tingui A capacitat de ~ 240 mA h g-1 a -20 ℃ i densitat de corrent de 0,1 A g-1. O desenvolupar nous dissolvents d'electròlits a baixa temperatura. El mal rendiment de les bateries d'ions de liti a baixes temperatures està relacionat principalment amb la lenta desolvació de Li+ durant el procés d'incorporació de Li+ al material de l'elèctrode. Es poden seleccionar substàncies amb baixa energia d'unió entre Li+ i molècules de dissolvent, com ara 1,3-dioxopentileno (DIOX), i s'utilitza titanat de liti a nanoescala com a material d'elèctrode per muntar la prova de la bateria per compensar el coeficient de difusió reduït del material d'elèctrode a temperatures ultra baixes, per aconseguir un millor rendiment a baixa temperatura.

(3) sal de liti
En l'actualitat, l'ió comercial LiPF6 té una alta conductivitat, uns requisits d'humitat elevats al medi ambient, una mala estabilitat tèrmica i els gasos dolents com l'HF en la reacció de l'aigua són fàcils de causar perills per a la seguretat. La pel·lícula d'electròlit sòlid produïda pel borat de difluoroxalat de liti (LiODFB) és prou estable i té un millor rendiment a baixa temperatura i un rendiment més alt. Això es deu al fet que LiODFB té els avantatges tant del borat de dioxalat de liti (LiBOB) com del LiBF4.

3. Resum
El rendiment a baixa temperatura de les bateries d'ions de liti es veurà afectat per molts aspectes com els materials dels elèctrodes i els electròlits. La millora integral des de múltiples perspectives, com ara els materials d'elèctrodes i l'electròlit, pot promoure l'aplicació i el desenvolupament de bateries d'ions de liti, i la perspectiva d'aplicació de les bateries de liti és bona, però la tecnologia s'ha de desenvolupar i perfeccionar en investigacions posteriors.