Amb el ràpid desenvolupament dels vehicles elèctrics a tot el món, la mida del mercat dels vehicles elèctrics ha arribat a 1 bilió de dòlars el 2020 i seguirà creixent a un ritme de més del 20% anual en el futur. Per tant, els vehicles elèctrics com a mitjà de transport principal, els requisits de rendiment de les bateries d'energia seran cada cop més alts i l'impacte de la decadència de la bateria en el rendiment de la bateria en entorns de baixa temperatura no s'hauria d'ignorar. Les principals raons de la decadència de la bateria en entorns de baixa temperatura són: en primer lloc, la baixa temperatura afecta la petita resistència interna de la bateria, l'àrea de difusió tèrmica és gran i la resistència interna de la bateria augmenta. En segon lloc, la bateria dins i fora de la capacitat de transferència de càrrega és pobre, la deformació de la bateria es produirà quan la polarització local irreversible. En tercer lloc, la baixa temperatura del moviment molecular de l'electròlit és lenta i difícil de difondre en el temps quan la temperatura augmenta. Per tant, la caiguda de la bateria a baixa temperatura és greu, cosa que provoca una degradació greu del rendiment de la bateria.
1, l'estat de la tecnologia de la bateria de baixa temperatura
Els requisits tècnics i de rendiment dels materials de les bateries d'energia d'ions de liti preparades a baixes temperatures són alts. La greu degradació del rendiment de la bateria de potència d'ions de liti en un entorn de baixa temperatura es deu a l'augment de la resistència interna, la qual cosa comporta la dificultat de la difusió d'electròlits i la vida útil del cicle cel·lular escurçada. Per tant, la investigació sobre la tecnologia de la bateria de baixa temperatura ha avançat en els darrers anys. Les bateries tradicionals d'ió de liti d'alta temperatura tenen un rendiment deficient a alta temperatura i el seu rendiment encara és inestable en condicions de baixa temperatura; gran volum de cèl·lules de baixa temperatura, baixa capacitat i rendiment pobre del cicle a baixa temperatura; la polarització és significativament més forta a baixa temperatura que a alta temperatura; l'augment de la viscositat de l'electròlit a baixa temperatura condueix a una reducció del nombre de cicles de càrrega/descàrrega; reducció de la seguretat de les cèl·lules i reducció de la durada de la bateria a baixa temperatura; i rendiment reduït en ús a baixa temperatura. A més, el curt cicle de vida de la bateria a baixa temperatura i els riscos de seguretat de les cèl·lules de baixa temperatura han plantejat nous requisits per a la seguretat de les bateries d'alimentació. Per tant, el desenvolupament de materials de bateries d'energia estables, segurs, fiables i de llarga vida per a entorns de baixa temperatura és el focus de la investigació sobre bateries d'ions de liti de baixa temperatura. Actualment, hi ha diversos materials de bateries de ions de liti de baixa temperatura: (1) materials d'ànode de metall de liti: el metall de liti s'utilitza àmpliament en vehicles elèctrics a causa de la seva alta estabilitat química, alta conductivitat elèctrica i rendiment de càrrega i descàrrega a baixa temperatura; (2) Els materials d'ànode de carboni s'utilitzen àmpliament en vehicles elèctrics a causa de la seva bona resistència a la calor, el rendiment del cicle a baixa temperatura, la baixa conductivitat elèctrica i la vida del cicle a baixa temperatura a baixes temperatures; (3) Els materials d'ànode de carboni s'utilitzen àmpliament en vehicles elèctrics a causa de la seva bona resistència a la calor, rendiment del cicle a baixa temperatura, baixa conductivitat elèctrica i vida del cicle a baixa temperatura. en; (3) els electròlits orgànics tenen un bon rendiment a baixa temperatura; (4) electròlits de polímers: les cadenes moleculars de polímers són relativament curtes i tenen una gran afinitat; (5) materials inorgànics: els polímers inorgànics tenen bons paràmetres de rendiment (conductivitat) i una bona compatibilitat entre l'activitat dels electròlits; (6) els òxids metàl·lics són menys; (7) materials inorgànics: polímers inorgànics, etc.
2, l'efecte de l'entorn de baixa temperatura a la bateria de liti
El cicle de vida de les bateries de liti depèn principalment del procés de descàrrega, mentre que la baixa temperatura és un factor que té un major impacte en la vida útil dels productes de liti. Normalment, en un entorn de baixa temperatura, la superfície de la bateria patirà un canvi de fase causant danys a l'estructura de la superfície, acompanyat d'una reducció de la capacitat i la capacitat de la cèl·lula. En condicions d'alta temperatura, es genera gas a la cèl·lula, que accelerarà la difusió tèrmica; a baixa temperatura, el gas no es pot descarregar a temps, accelerant el canvi de fase del líquid de la bateria; com més baixa sigui la temperatura, més gas es genera i més lent és el canvi de fase del líquid de la bateria. Per tant, el canvi de material intern de la bateria és més dràstic i complex a baixa temperatura, i és més fàcil generar gasos i sòlids dins del material de la bateria; al mateix temps, la baixa temperatura donarà lloc a una sèrie de reaccions destructives com la ruptura irreversible de l'enllaç químic a la interfície entre el material del càtode i l'electròlit; també conduirà a la reducció de l'autoassemblatge de l'electròlit i la vida del cicle; es reduirà la capacitat de transferència de càrrega d'ions de liti a l'electròlit; el procés de càrrega i descàrrega provocarà una sèrie de reaccions en cadena, com ara el fenomen de polarització durant la transferència de càrrega d'ions de liti, la disminució de la capacitat de la bateria i l'alliberament d'estrès intern, que afecta la vida del cicle i la densitat d'energia de les bateries d'ions de liti i altres funcions. Com més baixa sigui la temperatura a baixa temperatura, més intenses i complexes seran les diferents reaccions destructives com la reacció redox a la superfície de la bateria, la difusió tèrmica, el canvi de fase a l'interior de la cèl·lula i fins i tot la destrucció completa desencadenaran al seu torn una sèrie de reaccions en cadena com l'electròlit. autoassemblatge, com més lenta sigui la velocitat de reacció, més greu serà la decadència de la capacitat de la bateria i més pobra serà la capacitat de migració de càrrega de ions de liti a alta temperatura.
3、 Baixa temperatura en el progrés de les perspectives de recerca de la tecnologia de la bateria de liti
En l'entorn de baixa temperatura, la seguretat, la vida del cicle i l'estabilitat de la temperatura cel·lular de la bateria es veuran afectades, i l'impacte de la baixa temperatura en la vida útil de les bateries de liti no es pot ignorar. Actualment, la investigació i desenvolupament de la tecnologia de la bateria de baixa temperatura amb diafragma, electròlit, materials d'elèctrodes positius i negatius i altres mètodes han avançat. En el futur, el desenvolupament de la tecnologia de bateries de liti de baixa temperatura s'hauria de millorar des dels aspectes següents: (1) el desenvolupament d'un sistema de material de bateries de liti amb alta densitat d'energia, llarga vida, baixa atenuació, mida petita i baix cost a baixa temperatura. ; (2) millora contínua del control de la resistència interna de la bateria mitjançant el disseny estructural i la tecnologia de preparació de materials; (3) en el desenvolupament d'un sistema de bateries de liti d'alta capacitat i baix cost, s'ha de prestar atenció als additius electròlits, la interfície d'ions de liti i ànode i càtode i el material actiu intern i altres factors clau influeixen; (4) millorar el rendiment del cicle de la bateria (energia específica de càrrega i descàrrega), l'estabilitat tèrmica de la bateria en un entorn de baixa temperatura, la seguretat de les bateries de liti en un entorn de baixa temperatura i una altra direcció de desenvolupament de la tecnologia de la bateria; (5) desenvolupar solucions de sistemes de bateria d'energia de baix cost i alt rendiment de seguretat en condicions de baixa temperatura; (6) desenvolupar productes relacionats amb la bateria de baixa temperatura i promoure la seva aplicació; (7) desenvolupar materials de bateria resistents a baixes temperatures d'alt rendiment i tecnologia de dispositius.
Per descomptat, a més de les indicacions de recerca anteriors, també hi ha moltes direccions de recerca per millorar encara més el rendiment de la bateria en condicions de baixa temperatura, millorar la densitat d'energia de les bateries de baixa temperatura, reduir la degradació de la bateria en entorns de baixa temperatura, allargar la vida útil de la bateria i altres investigacions. progrés; però el tema més important és com aconseguir un alt rendiment, una alta seguretat, un baix cost, un alt rang, una llarga vida i un baix cost, la comercialització de bateries en condicions de baixa temperatura és l'actual. La investigació s'ha de centrar a trencar i resoldre el problema.
Hora de publicació: 22-nov-2022