Per què la capacitat de la bateria de liti es redueix a l'hivern?
Sep 03, 2023
Les bateries d'ió de liti s'han utilitzat àmpliament per la seva llarga vida útil, gran capacitat específica i sense efecte de memòria des que van entrar al mercat. L'ús a baixa temperatura de bateries d'ions de liti té problemes com ara poca capacitat, atenuació severa, rendiment deficient de la velocitat de cicle, precipitació evident de liti i desintercalació de liti desequilibrada. Tanmateix, amb l'expansió contínua dels camps d'aplicació, les limitacions que comporta el mal rendiment a baixa temperatura de les bateries d'ió de liti s'han fet cada cop més evidents.
Segons els informes, la capacitat de descàrrega de les bateries d'ions de liti a -20 graus és només al voltant del 31,5 per cent de la que té a temperatura ambient. La temperatura de funcionament de les bateries d'ions de liti tradicionals està entre -20 i més 55 graus . Tanmateix, a l'aeroespacial, la indústria militar, els vehicles elèctrics i altres camps, cal que les bateries funcionin normalment a -40 grau . Per tant, és de gran importància millorar les propietats de baixa temperatura de les bateries d'ions de liti.
Factors que restringeixen el rendiment a baixa temperatura de les bateries d'ions de liti
En un entorn de baixa temperatura, la viscositat de l'electròlit augmenta, i fins i tot es solidifica parcialment, donant lloc a una disminució de la conductivitat de la bateria de ions de liti.
En un entorn de baixa temperatura, la compatibilitat entre l'electròlit, l'elèctrode negatiu i el separador es fa deficient.
El liti es precipita seriosament de l'elèctrode negatiu de la bateria d'ions de liti en un entorn de baixa temperatura, i el liti metàl·lic precipitat reacciona amb l'electròlit i la seva deposició de producte condueix a un augment del gruix de la interfície d'electròlit sòlid (SEI) .
En un entorn de baixa temperatura, el sistema de difusió de les bateries d'ions de liti en el material actiu disminueix i la resistència a la transferència de càrrega (Rct) augmenta significativament.
Discussió sobre els factors determinants que afecten el rendiment a baixa temperatura de les bateries d'ions de liti
Opinió d'experts 1: l'electròlit té el major impacte en el rendiment a baixa temperatura de les bateries d'ions de liti, i la composició i les propietats físiques i químiques de l'electròlit tenen un impacte important en el rendiment a baixa temperatura de la bateria. El problema al qual s'enfronta el cicle de la bateria a baixa temperatura és: la viscositat de l'electròlit augmentarà, la velocitat de conducció iònica es reduirà i la velocitat de migració d'electrons del circuit extern no coincidirà. Per tant, la bateria estarà molt polaritzada i la capacitat de càrrega i descàrrega disminuirà bruscament. Especialment quan es carreguen a baixa temperatura, els ions de liti poden formar fàcilment dendrites de liti a la superfície de l'elèctrode negatiu, provocant una fallada de la bateria.
El rendiment de l'electròlit a baixa temperatura està estretament relacionat amb la conductivitat de l'electròlit en si. L'electròlit amb alta conductivitat pot transmetre ions més ràpidament i pot exercir més capacitat a baixes temperatures. Com més sals de liti dissociades a l'electròlit, més nombres de migració i major conductivitat. Com més gran sigui la conductivitat, més ràpida serà la velocitat de conducció iònica, menor serà la polarització i millor serà el rendiment de la bateria a baixa temperatura. Per tant, una conductivitat més alta és una condició necessària per aconseguir un bon rendiment a baixa temperatura de les bateries d'ions de liti.
La conductivitat de l'electròlit està relacionada amb la composició de l'electròlit i la reducció de la viscositat del dissolvent és una de les maneres d'augmentar la conductivitat de l'electròlit. Dissolvent La bona fluïdesa del dissolvent a baixa temperatura és la garantia del transport d'ions, i la pel·lícula d'electròlit sòlida formada per l'electròlit a l'elèctrode negatiu a baixa temperatura també és la clau per a la conducció dels ions de liti, i RSEI és la impedància principal de bateries d'ions de liti en entorns de baixa temperatura.
Expert 2: el principal factor que limita el rendiment a baixa temperatura de les bateries d'ions de liti és la resistència a la difusió Li més augmentada a baixes temperatures, no la pel·lícula SEI.
Característiques de baixa temperatura dels materials de càtode per a bateries d'ions de liti
Propietats de baixa temperatura dels materials de càtode en capes
L'estructura en capes, que no només té el rendiment de velocitat incomparable del canal de difusió d'ions de liti unidimensional, sinó que també té l'estabilitat estructural del canal tridimensional, és el primer material de càtode de bateria d'ions de liti comercial. Les seves substàncies representatives són LiCoO2, Li(Co1-xNix)O2 i Li(Ni, Co, Mn)O2, etc.