Miért csökken télen a lítium akkumulátor kapacitása, végre valaki elmagyarázza!
Amióta a lítium{0}}ion akkumulátorok piacra kerültek, széles körben használják őket, mivel előnyeik hosszú élettartamuk, nagy fajlagos kapacitásuk és nincs memóriahatásuk. A lítium{1}}ionos akkumulátorok alacsony hőmérsékletű használata olyan problémákkal jár, mint például az alacsony kapacitás, komoly csillapítás, gyenge ciklusteljesítmény, nyilvánvaló lítiumlerakódás és kiegyensúlyozatlan lítiumkivonás. Az alkalmazási területek folyamatos bővülésével azonban egyre nyilvánvalóbbá válnak a lítium-ion akkumulátorok alacsony hőmérsékletű alacsony{2}}teljesítménye miatti korlátok.
A jelentések szerint a lítium{0}}ion akkumulátorok kisütési kapacitása -20 fokon csak körülbelül 31,5 százaléka a szobahőmérsékleten lévőnek. A hagyományos lítium{8}}ion akkumulátorok üzemi hőmérséklete -20 és plusz 55 fok között van. A repülőgépipar, a hadiipar, az elektromos járművek stb. területén azonban az akkumulátornak -40 fokon kell normálisan működnie. Ezért nagy jelentősége van a Li-ion akkumulátorok alacsony hőmérsékletű tulajdonságainak javításának.
A Li{0}}ion akkumulátorok alacsony hőmérsékletű teljesítményét korlátozó tényezők
Alacsony hőmérsékletű környezetben az elektrolit viszkozitása megnő, sőt részben megszilárdul, ami a lítium{0}}ion akkumulátorok vezetőképességének csökkenését eredményezi. Az elektrolit és a negatív elektróda, valamint a szeparátor közötti kompatibilitás alacsony hőmérsékletű környezetben romlik. A lítium-ion akkumulátor negatív elektródája alacsony hőmérsékletű környezetben komoly lítiumkiválást mutat, és a kivált fémlítium reakcióba lép az elektrolittal, és terméklerakódása a szilárd anyag vastagságának növekedéséhez vezet- elektrolit interfész (SEI). Alacsony hőmérsékletű környezetben a Li-ion akkumulátorok diffúziós rendszere az aktív anyagban csökken, és a töltésátviteli ellenállás (Rct) jelentősen megnő.
Beszélgetés a Li{0}}ion akkumulátorok alacsony hőmérsékletű teljesítményét befolyásoló tényezőkről
1. szakértői vélemény: Az elektrolitnak van legnagyobb hatása a lítium-akkumulátorok alacsony hőmérsékletű-hőmérsékletű teljesítményére, az elektrolit összetétele és fizikai-kémiai tulajdonságai pedig az alacsony{{3} }az akkumulátor hőmérsékleti teljesítménye. A problémák, amelyekkel az akkumulátor alacsony hőmérsékleten szembesül: megnő az elektrolit viszkozitása, az ionvezetési sebesség lelassul, ami a külső áramkör elektronvándorlási sebességének eltérését eredményezi, így az akkumulátor erősen polarizálódik, ill. a töltési és kisütési kapacitás meredeken csökkenni fog. Különösen alacsony hőmérsékleten történő töltéskor a lítium-ionok könnyen lítium-dendriteket képeznek a negatív elektróda felületén, ami az akkumulátor meghibásodását eredményezi.
Az elektrolit alacsony hőmérsékletű teljesítménye szorosan összefügg magának az elektrolitnak a vezetőképességének nagyságával. A nagy vezetőképességű elektrolit gyorsan továbbítja az ionokat, és alacsony hőmérsékleten nagyobb kapacitást tud kifejteni. Minél disszociáltabb a lítium só az elektrolitban, annál nagyobb a migráció száma és annál nagyobb a vezetőképesség. Minél nagyobb az elektromos vezetőképesség, annál gyorsabb az ionvezetési sebesség, annál kisebb a polarizáció, és annál jobb az akkumulátor teljesítménye alacsony hőmérsékleten. Ezért a nagyobb elektromos vezetőképesség szükséges feltétel a lítium{0}}ion akkumulátorok alacsony hőmérsékleten való jó teljesítményének eléréséhez.
Az elektrolit vezetőképessége összefügg az elektrolit összetételével, és az oldószer viszkozitásának csökkentése az egyik módja az elektrolit vezetőképességének javításának. Az oldószer jó folyékonysága alacsony hőmérsékleten az iontranszport garanciája, és az elektrolit által a negatív elektródán alacsony hőmérsékleten kialakított szilárd elektrolitfilm szintén kulcsfontosságú a lítium-ionok vezetőképességének befolyásolásához, és az RSEI a fő impedancia. lítium-ion akkumulátorok alacsony hőmérsékletű környezetben.
2. szakértő: A lítium-ion akkumulátorok alacsony hőmérsékletű teljesítményét korlátozó fő tényező az erősen megnövekedett Li plusz diffúziós ellenállás alacsony hőmérsékleten, nem pedig a SEI film.
A lítium-ion akkumulátorok katódanyagainak alacsony hőmérsékletű tulajdonságai
1. Réteges katód anyagok alacsony hőmérsékletű tulajdonságai
A réteges szerkezet nem csak az egydimenziós lítium-ion diffúziós csatornák összehasonlíthatatlan sebességével rendelkezik, hanem a háromdimenziós csatornák szerkezeti stabilitásával is rendelkezik. Ez a lítium-ion akkumulátorok legkorábbi kereskedelmi katódanyaga. Jellemző anyagai a LiCoO2, Li(Co1-xNix)O2 és Li(Ni, Co, Mn)O2 és így tovább.
Xie Xiaohua et al. a LiCoO2/MCMB-t választotta kutatási objektumnak, és tesztelte az alacsony-hőmérsékletű töltés-kisülési jellemzőit.
The results show that with the decrease of temperature, the discharge platform drops from 3.762V (0 degree ) to 3.207V (–30 degree ); the total battery capacity also decreases sharply from 78.98mA·h (0 degree ) to 68.55mA·h (–30 degree ).
2. A spinel-strukturált katódanyagok alacsony hőmérsékletű-jellemzői
A spinel szerkezetű LiMn2O4 katódanyag előnye az alacsony költség és a nem -toxicitás, mivel nem tartalmaz Co elemet.
Az Mn vegyértékváltozékonysága és az Mn3 plusz Jahn-Teller-effektusa azonban ennek a komponensnek a szerkezeti instabilitásához és rossz reverzibilitásához vezet.
Peng Zhengshun et al. rámutatott, hogy a LiMn2O4 katódanyagok elektrokémiai teljesítményére a különböző előállítási módszerek nagy hatással vannak. Az Rct példájaként: a magas hőmérsékletű szilárd fázisú módszerrel szintetizált LiMn2O4 Rct-je szignifikánsan magasabb, mint a szol-gél módszernél, és ez a jelenség a lítium-ionos módszernél. A diffúziós együttható is tükröződik. Ennek oka, hogy a különböző szintézismódszerek nagymértékben befolyásolják a termékek kristályosságát és morfológiáját.
3. Foszfátrendszer katódanyagainak alacsony hőmérsékleti jellemzői
Kiváló térfogati stabilitásának és biztonságának köszönhetően a LiFePO4 a háromkomponensű anyagokkal együtt a jelenlegi akkumulátor katód anyagok fő elemévé vált. A lítium-vas-foszfát gyenge alacsony hőmérsékleti teljesítménye elsősorban annak a ténynek tudható be, hogy maga az anyag szigetelő, alacsony elektromos vezetőképességgel, gyenge lítium-ion diffúzióval és alacsony hőmérsékleten rossz vezetőképességgel, ami növeli az akkumulátor belső ellenállását. nagymértékben befolyásolja a polarizáció, és akadályozza az akkumulátor töltését és kisütését. Ezért az alacsony hőmérsékletű teljesítmény nem ideális.
When studying the charge{{0}}discharge behavior of LiFePO4 at low temperature, Gu Yijie et al. found that its coulombic efficiency dropped from 100 percent at 55 degree to 96 percent at 0 degree and 64 percent at -20 degree , respectively; the discharge voltage decreased from 3.11V at 55 degree . Decrease to 2.62V at –20 degree .
Xing et al. modified LiFePO4 with nano-carbon and found that after adding nano-carbon conductive agent, the electrochemical performance of LiFePO4 was less sensitive to temperature, and the low-temperature performance was improved; the discharge voltage of modified LiFePO4 increased from 3.40 at 25 degree V drops to 3.09V at –25 degree , a decrease of only 9.12 percent ; and its cell efficiency at –25 degree is 57.3 percent , which is higher than 53.4 percent without nano-carbon conductive agent.
Az utóbbi időben a LiMnPO4 nagy érdeklődést váltott ki. A tanulmány megállapította, hogy a LiMnPO4 előnye a nagy potenciál (4,1 V), a szennyezésmentesség, az alacsony ár és a nagy fajlagos kapacitás (170mAh/g). A LiMnPO4 alacsonyabb ionvezetőképessége miatt azonban, mint a LiFePO4, a Fe-t gyakran használják a Mn részleges helyettesítésére, hogy LiMn0.8Fe0.2PO4 szilárd oldatot képezzenek a gyakorlatban.
Lítium-ion akkumulátorok anódanyagainak alacsony hőmérsékletű tulajdonságai
A pozitív elektróda anyagához képest a lítium-ion akkumulátor negatív elektróda anyagának alacsony hőmérsékletű romlása súlyosabb, főként a következő három okból:
When the battery is charged and discharged at a high rate at low temperature, the polarization of the battery is serious, and a large amount of metal lithium is deposited on the surface of the negative electrode, and the reaction product of metal lithium and the electrolyte generally does not have conductivity; From the perspective of thermodynamics, the electrolyte contains a large amount of C–O, C– N etc.
The polar group can react with the negative electrode material, and the formed SEI film is more susceptible to low temperature; · The carbon negative electrode is difficult to intercalate lithium at low temperature, and there is asymmetric charge and discharge.
a98c6b55abdcd5adc3579beecae2cbd9.png
Alacsony hőmérsékletű elektrolit kutatása
Az elektrolit szerepet játszik a Li plus szállításában a lítium{0}}ion akkumulátorokban, ionvezető képessége és SEI film-képző tulajdonságai pedig jelentős hatással vannak az akkumulátor alacsony hőmérsékletű{2}}teljesítményére. . Három fő mutató áll rendelkezésre az alacsony hőmérsékletű elektrolitok előnyeinek és hátrányainak megítélésére: ionos vezetőképesség, elektrokémiai ablak és elektródák reaktivitása. E három mutató szintje nagymértékben függ az összetevőktől: oldószertől, elektrolittól (lítium-só) és adalékanyagoktól. Ezért az elektrolit egyes részeinek alacsony hőmérsékletű teljesítményével kapcsolatos kutatások nagy jelentőséggel bírnak az akkumulátor alacsony hőmérsékletű teljesítményének megértése és javítása szempontjából.
·Low-temperature characteristics of EC-based electrolytes Compared with chain carbonates, cyclic carbonates have a tighter structure, larger acting force, and higher melting point and viscosity. However, the large polarity brought by the ring structure makes it often have a large dielectric constant. The large dielectric constant, high ionic conductivity, and excellent film-forming properties of EC solvent effectively prevent the co-insertion of solvent molecules, making it indispensable. Therefore, most of the commonly used low-temperature electrolyte systems are based on EC, and then mixed Small molecule solvent with low melting point. ·Lithium salt is an important component of electrolyte. Lithium salt in the electrolyte can not only improve the ionic conductivity of the solution, but also reduce the diffusion distance of Li plus in the solution. In general, the greater the concentration of Li plus in the solution, the greater the ionic conductivity. However, the concentration of lithium ions in the electrolyte is not linearly related to the concentration of lithium salts, but is parabolic. This is because the concentration of lithium ions in the solvent depends on the strength of the dissociation and association of lithium salts in the solvent.
Alacsony hőmérsékletű elektrolit kutatása
Magának az akkumulátornak az összetételén kívül a tényleges működés folyamati tényezői is nagy hatással lesznek az akkumulátor teljesítményére.
(1) Előkészítési folyamat. Yaqub et al. tanulmányozta az elektróda terhelésének és a bevonat vastagságának hatását a LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 /grafit akkumulátorok alacsony hőmérsékleti teljesítményére, és azt találta, hogy a kapacitás megtartása szempontjából a Minél kisebb az elektróda terhelése és minél vékonyabb a bevonóréteg, annál jobb az alacsony hőmérsékletű teljesítmény. .
(2) Töltési és kisütési állapot. Petzl et al. tanulmányozta az alacsony-hőmérsékletű töltés-kisülési állapot hatását az akkumulátorciklus élettartamára, és megállapította, hogy ha nagy a kisülési mélység, az nagyobb kapacitásveszteséget okoz, és csökkenti a ciklus élettartamát.
(3) Egyéb tényezők. A felület, a pórusméret, az elektródsűrűség, az elektróda és az elektrolit nedvesíthetősége, valamint a szeparátor stb. mind befolyásolja a lítium-ion akkumulátorok alacsony-hőmérsékletű teljesítményét. Ezenkívül nem hagyható figyelmen kívül az anyag- és folyamathibák hatása az akkumulátor alacsony hőmérsékletű teljesítményére.
Összesít
A lítium-{0}}ion akkumulátorok alacsony hőmérsékletű teljesítményének biztosítása érdekében a következőket kell tenni:
(1) Vékony és sűrű SEI filmet képez;
(2) Győződjön meg arról, hogy a Li plus nagy diffúziós együtthatóval rendelkezik az aktív anyagban;
(3) Az elektrolit alacsony hőmérsékleten magas ionvezető képességgel rendelkezik.
Ezenkívül a kutatás egy másik módszert is találhat más típusú lítium-ion akkumulátor-csupa-szilárd-lítium-akkumulátor vizsgálatára . A hagyományos lítium-ion akkumulátorokhoz képest az összes-szilárd-lítium-akkumulátor, különösen az összes-szilárd-vékony{101} A {11}}film-lítium{12}-ion akkumulátorok várhatóan teljesen megoldják a kapacitáscsökkenés és a ciklusbiztonság problémáját, ha az akkumulátorokat alacsony hőmérsékleten használják.
