أداء درجة حرارة منخفضة لبطاريات الليثيوم

في بيئة درجة الحرارة المنخفضة، أداء بطارية ليثيوم أيون ليس مثاليا. عندما تعمل بطاريات الليثيوم أيون شائعة الاستخدام عند -10 درجة مئوية، ستنخفض قدرتها القصوى للشحن والتفريغ والجهد الطرفي بشكل كبير مقارنة بدرجة الحرارة العادية [6]، وعندما تنخفض درجة حرارة التفريغ إلى -20 درجة مئوية، ستنخفض السعة المتاحة حتى يتم تخفيضها إلى 1/3 في درجة حرارة الغرفة 25 درجة مئوية، عندما تكون درجة حرارة التفريغ أقل، بعض بطاريات الليثيوم لا يمكنها حتى شحن وتفريغ الأنشطة، ودخول حالة "البطارية الميتة".

1، خصائص بطاريات الليثيوم أيون في درجات حرارة منخفضة
(1) العيانية
التغييرات المميزة لبطارية الليثيوم أيون عند درجة حرارة منخفضة هي كما يلي: مع الانخفاض المستمر في درجة الحرارة، تزداد المقاومة الأومية ومقاومة الاستقطاب بدرجات مختلفة؛ جهد التفريغ لبطارية الليثيوم أيون أقل من درجة الحرارة العادية. عند الشحن والتفريغ عند درجة حرارة منخفضة، يرتفع جهد التشغيل أو ينخفض ​​بشكل أسرع من ذلك عند درجة الحرارة العادية، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في السعة القصوى القابلة للاستخدام والطاقة.

(٢) مجهريا
ترجع التغيرات في أداء بطاريات الليثيوم أيون عند درجات الحرارة المنخفضة بشكل أساسي إلى تأثير العوامل المهمة التالية. عندما تكون درجة الحرارة المحيطة أقل من -20 درجة مئوية، يتصلب المنحل بالكهرباء السائل، وتزداد لزوجته بشكل حاد، وتنخفض الموصلية الأيونية. انتشار أيون الليثيوم في مواد القطب الموجب والسالب بطيء؛ من الصعب تحلل أيون الليثيوم، ويكون انتقاله في فيلم SEI بطيئًا، وتزداد مقاومة نقل الشحنة. تظهر مشكلة تغصنات الليثيوم بشكل خاص في درجات الحرارة المنخفضة.

2، لحل أداء درجة الحرارة المنخفضة لبطاريات الليثيوم أيون
تصميم نظام سائل إلكتروليتي جديد لتلبية بيئة درجات الحرارة المنخفضة؛ تحسين هيكل القطب الموجب والسالب لتسريع سرعة النقل وتقصير مسافة النقل؛ التحكم في واجهة الإلكتروليت الصلبة الإيجابية والسلبية لتقليل المعاوقة.

(1) إضافات المنحل بالكهرباء
بشكل عام، يعد استخدام الإضافات الوظيفية أحد أكثر الطرق فعالية واقتصادية لتحسين أداء البطارية في درجات الحرارة المنخفضة والمساعدة في تكوين فيلم SEI المثالي. في الوقت الحاضر، الأنواع الرئيسية من المواد المضافة هي المضافات القائمة على الأيزوسيانات، والمضافات القائمة على الكبريت، والمضافات السائلة الأيونية ومضافات ملح الليثيوم غير العضوية.

على سبيل المثال، المضافات القائمة على الكبريت ثنائي ميثيل (DMS)، مع نشاط اختزال مناسب، ولأن منتجات الاختزال وارتباط أيونات الليثيوم أضعف من كبريتات الفينيل (DTD)، فإن تخفيف استخدام المضافات العضوية سيزيد من مقاومة الواجهة، لبناء موصلية أيونية أكثر استقرارًا وأفضل لفيلم واجهة القطب السالب. تتمتع استرات الكبريتيت الممثلة بثنائي ميثيل سلفيت (DMS) بثبات عازل عالي ونطاق درجة حرارة تشغيل واسع.

(2) مذيب المنحل بالكهرباء
المنحل بالكهرباء التقليدي لبطارية ليثيوم أيون هو إذابة 1 مول من سداسي فلورو فوسفات الليثيوم (LiPF6) في مذيب مختلط، مثل EC، PC، VC، DMC، كربونات إيثيل الميثيل (EMC) أو كربونات ثنائي إيثيل (DEC)، حيث يتم تكوين سيؤثر المذيب ونقطة الانصهار وثابت العزل الكهربائي واللزوجة والتوافق مع ملح الليثيوم بشكل خطير على درجة حرارة تشغيل البطارية. في الوقت الحاضر، من السهل تصلب المنحل بالكهرباء التجاري عند تطبيقه في بيئة درجة حرارة منخفضة تبلغ -20 درجة مئوية أو أقل، كما أن ثابت العزل الكهربائي المنخفض يجعل من الصعب فصل ملح الليثيوم، واللزوجة عالية جدًا بحيث لا تجعل البطارية مقاومة داخلية ومنخفضة. منصة الجهد. يمكن أن تتمتع بطاريات الليثيوم أيون بأداء أفضل في درجات الحرارة المنخفضة عن طريق تحسين نسبة المذيبات الموجودة، مثل تحسين تركيبة الإلكتروليت (EC:PC:EMC=1:2:7) بحيث يكون للقطب السالب TiO2(B)/ الجرافين أ سعة ~ 240 مللي أمبير ساعة g-1 عند -20 درجة مئوية وكثافة تيار 0.1 أمبير g-1. أو تطوير مذيبات إلكتروليتية جديدة ذات درجة حرارة منخفضة. يرتبط الأداء الضعيف لبطاريات الليثيوم أيون في درجات الحرارة المنخفضة بشكل أساسي بالتدمير البطيء لـ Li+ أثناء عملية تضمين Li+ في مادة الإلكترود. يمكن اختيار المواد ذات طاقة الارتباط المنخفضة بين Li+ وجزيئات المذيبات، مثل 1، 3-ديوكسوبنتيلين (DIOX)، واستخدام تيتانات الليثيوم النانوية كمادة قطب كهربائي لتجميع اختبار البطارية للتعويض عن انخفاض معامل الانتشار لـ مادة القطب الكهربائي في درجات حرارة منخفضة للغاية، وذلك لتحقيق أداء أفضل في درجات الحرارة المنخفضة.

(3) ملح الليثيوم
في الوقت الحاضر، يتمتع أيون LiPF6 التجاري بموصلية عالية، ومتطلبات رطوبة عالية في البيئة، وضعف الاستقرار الحراري، والغازات السيئة مثل HF في تفاعل الماء من السهل أن تسبب مخاطر على السلامة. إن فيلم الإلكتروليت الصلب الذي يتم إنتاجه بواسطة بورات الليثيوم ديفلوروكسالات (LiODFB) مستقر بدرجة كافية وله أداء أفضل في درجات الحرارة المنخفضة وأداء معدل أعلى. وذلك لأن LiODFB يتمتع بمزايا كل من بورات ديوكسالات الليثيوم (LiBOB) وLiBF4.

3. ملخص
سيتأثر أداء بطاريات الليثيوم أيون في درجات الحرارة المنخفضة بعدة جوانب مثل مواد الأقطاب الكهربائية والإلكتروليتات. يمكن للتحسين الشامل من وجهات نظر متعددة مثل مواد الإلكترود والكهارل أن يعزز تطبيق وتطوير بطاريات الليثيوم أيون، كما أن احتمالات تطبيق بطاريات الليثيوم جيدة، ولكن التكنولوجيا تحتاج إلى التطوير والكمال في مزيد من البحث.