Alhaisissa lämpötiloissa litiumioniakun suorituskyky ei ole ihanteellinen. Kun yleisesti käytetyt litiumioniakut toimivat -10 °C:ssa, niiden maksimilataus- ja purkauskapasiteetti ja napajännite pienenevät huomattavasti normaalilämpötilaan verrattuna [6], kun purkauslämpötila laskee -20 °C:seen, käytettävissä oleva kapasiteetti laskee. jopa vähentää 1/3 huoneenlämmössä 25 ° C, kun purkauslämpötila on alhaisempi, jotkut litiumakut eivät voi edes ladata ja purkaa toimintaa, siirtymällä "kuollut akku" tilaan.
1, Litiumioniakkujen ominaisuudet alhaisissa lämpötiloissa
(1) Makroskooppinen
Litiumioniakun tunnusomaiset muutokset alhaisessa lämpötilassa ovat seuraavat: lämpötilan jatkuvalla laskulla ohminen vastus ja polarisaatiovastus kasvavat eri asteilla; Litiumioniakun purkausjännite on alhaisempi kuin normaalilämpötilassa. Ladattaessa ja purettaessa alhaisessa lämpötilassa sen käyttöjännite nousee tai laskee nopeammin kuin normaalilämpötilassa, mikä johtaa merkittävästi sen maksimikäyttökapasiteetin ja -tehon laskuun.
(2) Mikroskooppisesti
Litiumioniakkujen suorituskyvyn muutokset alhaisissa lämpötiloissa johtuvat pääasiassa seuraavien tärkeiden tekijöiden vaikutuksesta. Kun ympäristön lämpötila on alle -20 ℃, nestemäinen elektrolyytti jähmettyy, sen viskositeetti kasvaa jyrkästi ja sen ioninjohtavuus laskee. Litiumionidiffuusio positiivisissa ja negatiivisissa elektrodimateriaaleissa on hidasta; Litiumionia on vaikea desolvatoida, ja sen siirto SEI-kalvossa on hidasta ja varauksensiirtoimpedanssi kasvaa. Litiumdendriittiongelma on erityisen näkyvä alhaisissa lämpötiloissa.
2, ratkaista litiumioniakkujen alhaisen lämpötilan suorituskyky
Suunnittele uusi elektrolyyttinen nestejärjestelmä vastaamaan alhaisen lämpötilan ympäristöä; Paranna positiivisen ja negatiivisen elektrodin rakennetta nopeuttaaksesi lähetysnopeutta ja lyhentääksesi lähetysetäisyyttä; Ohjaa positiivista ja negatiivista kiinteän elektrolyytin rajapintaa impedanssin vähentämiseksi.
(1) elektrolyyttilisäaineet
Yleisesti ottaen toiminnallisten lisäaineiden käyttö on yksi tehokkaimmista ja taloudellisimmista tavoista parantaa akun suorituskykyä alhaisessa lämpötilassa ja auttaa muodostamaan ihanteellisen SEI-kalvon. Tällä hetkellä pääasialliset lisäaineet ovat isosyanaattipohjaiset lisäaineet, rikkipohjaiset lisäaineet, ioniset nestemäiset lisäaineet ja epäorgaaniset litiumsuolalisäaineet.
Esimerkiksi dimetyylisulfiitti (DMS) rikkipohjaiset lisäaineet, joilla on sopiva pelkistysaktiivisuus ja koska niiden pelkistystuotteet ja litiumionien sitoutuminen on heikompaa kuin vinyylisulfaatti (DTD), orgaanisten lisäaineiden käytön vähentäminen lisää rajapinnan impedanssia, jotta voidaan rakentaa negatiivisen elektrodin rajapintakalvon vakaampi ja parempi ioninjohtavuus. Dimetyylisulfiitin (DMS) edustamilla sulfiittiestereillä on korkea dielektrisyysvakio ja laaja käyttölämpötila-alue.
(2) Elektrolyytin liuotin
Perinteinen litiumioniakkuelektrolyytti on liuottaa 1 mol litiumheksafluorifosfaattia (LiPF6) liuottimeen, kuten EC, PC, VC, DMC, metyylietyylikarbonaatti (EMC) tai dietyylikarbonaatti (DEC), jossa liuotin, sulamispiste, dielektrisyysvakio, viskositeetti ja yhteensopivuus litiumsuolan kanssa vaikuttavat vakavasti akun käyttölämpötilaan. Tällä hetkellä kaupallinen elektrolyytti on helppo jähmettyä, kun sitä käytetään matalassa lämpötilassa -20 ℃ tai alle, alhainen dielektrisyysvakio tekee litiumsuolasta vaikeasti hajoavan ja viskositeetti on liian korkea, jotta akun sisäinen vastus ja alhainen jännitealustaa. Litiumioniakuilla voi olla parempi suorituskyky matalissa lämpötiloissa optimoimalla olemassa oleva liuotinsuhde, kuten optimoimalla elektrolyyttikoostumus (EC:PC:EMC=1:2:7) niin, että TiO2(B)/grafeeninegatiivisella elektrodilla on A kapasiteetti ~240 mA h g-1 lämpötilassa -20 ℃ ja 0,1 A g-1 virrantiheys. Tai kehittää uusia matalan lämpötilan elektrolyyttiliuottimia. Litiumioniakkujen huono suorituskyky matalissa lämpötiloissa johtuu pääasiassa Li+:n hitaasta desolvataatiosta Li+:n upottumisen aikana elektrodimateriaaliin. Aineita, joilla on alhainen sitoutumisenergia Li+:n ja liuotinmolekyylien välillä, kuten 1,3-dioksopentyleeni (DIOX), voidaan valita, ja nanomittakaavan litiumtitanaattia käytetään elektrodimateriaalina akkutestin kokoamisessa kompensoimaan akun diffuusiokerrointa. elektrodimateriaali erittäin alhaisissa lämpötiloissa, jotta saavutetaan parempi suorituskyky matalissa lämpötiloissa.
(3) litiumsuola
Tällä hetkellä kaupallisella LiPF6-ionilla on korkea johtavuus, korkeat ympäristön kosteusvaatimukset, huono lämpöstabiilisuus ja huonot kaasut, kuten HF vedessä, aiheuttavat helposti turvallisuusriskejä. Litiumdifluoroksalaattiboraatin (LiODFB) tuottama kiinteä elektrolyyttikalvo on riittävän stabiili ja sillä on parempi suorituskyky alhaisissa lämpötiloissa ja korkeampi suorituskyky. Tämä johtuu siitä, että LiODFB:llä on sekä litiumdioksalaattiboraatin (LiBOB) että LiBF4:n edut.
3. Yhteenveto
Litiumioniakkujen alhaisen lämpötilan suorituskykyyn vaikuttavat monet tekijät, kuten elektrodimateriaalit ja elektrolyytit. Kattava parantaminen useista eri näkökulmista, kuten elektrodimateriaalista ja elektrolyytistä, voi edistää litiumioniakkujen käyttöä ja kehitystä, ja litium-akkujen käyttömahdollisuudet ovat hyvät, mutta tekniikkaa on kehitettävä ja täydennettävä jatkotutkimuksissa.
Postitusaika: 27.7.2023