Sähköajoneuvojen nopean kehityksen myötä maailmanlaajuisesti sähköajoneuvojen markkinakoko on saavuttanut 1 biljoonaa dollaria vuonna 2020 ja jatkaa kasvuaan yli 20 % vuodessa.Siksi sähköajoneuvojen tärkeimpänä kuljetusmuotona tehoakkujen suorituskykyvaatimukset ovat yhä korkeammat, eikä akun heikkenemisen vaikutusta akun tehoon matalissa lämpötiloissa pidä jättää huomiotta.Tärkeimmät syyt akun heikkenemiseen matalan lämpötilan ympäristöissä ovat: Ensinnäkin alhainen lämpötila vaikuttaa akun pieneen sisäiseen resistanssiin, lämpödiffuusioalue on suuri ja akun sisäinen vastus kasvaa.Toiseksi akun sisällä ja ulkopuolella maksun siirtokapasiteetti on huono, akun muodonmuutos tapahtuu, kun paikallinen peruuttamaton polarisaatio.Kolmanneksi elektrolyytin molekyyliliikkeen alhainen lämpötila on hidasta ja vaikeasti hajaantuvaa ajoissa lämpötilan noustessa.Siksi alhaisen lämpötilan akun heikkeneminen on vakavaa, mikä johtaa vakavaan akun suorituskyvyn heikkenemiseen.
1、Matalan lämpötilan akkutekniikan tila
Matalissa lämpötiloissa valmistettujen litiumioniakkujen tekniset ja materiaaliset suorituskykyvaatimukset ovat korkeat.Litiumioniakun vakava suorituskyvyn heikkeneminen matalan lämpötilan ympäristössä johtuu sisäisen vastuksen lisääntymisestä, mikä johtaa elektrolyyttien diffuusion vaikeuksiin ja lyhentyneeseen solusyklin käyttöikään.Siksi matalan lämpötilan akkuteknologian tutkimus on edistynyt jonkin verran viime vuosina.Perinteisillä korkean lämpötilan litiumioniakuilla on huono suorituskyky korkeissa lämpötiloissa, ja niiden suorituskyky on edelleen epävakaa alhaisissa lämpötiloissa;suuri määrä matalan lämpötilan kennoja, pieni kapasiteetti ja huono matalan lämpötilan syklin suorituskyky;polarisaatio on huomattavasti voimakkaampaa alhaisessa lämpötilassa kuin korkeassa lämpötilassa;elektrolyytin lisääntynyt viskositeetti alhaisessa lämpötilassa johtaa lataus-/purkausjaksojen lukumäärän vähenemiseen;heikentynyt kennojen turvallisuus ja lyhentynyt akun käyttöikä alhaisessa lämpötilassa;ja heikentynyt suorituskyky alhaisessa lämpötilassa.Lisäksi akun lyhyt käyttöikä matalissa lämpötiloissa ja matalan lämpötilan kennojen turvallisuusriskit ovat asettaneet uusia vaatimuksia tehoakkujen turvallisuudelle.Siksi matalan lämpötilan litiumioniakkujen tutkimuksen painopiste on vakaiden, turvallisten, luotettavien ja pitkäikäisten akkumateriaalien kehittäminen alhaisen lämpötilan ympäristöihin.Tällä hetkellä on olemassa useita matalan lämpötilan litiumioniakkumateriaaleja: (1) litiummetallianodimateriaalit: litiummetallia käytetään laajalti sähköajoneuvoissa sen korkean kemiallisen vakauden, korkean sähkönjohtavuuden ja alhaisen lämpötilan lataus- ja purkaussuorituskyvyn vuoksi;(2) Hiilianodimateriaaleja käytetään laajalti sähköajoneuvoissa niiden hyvän lämmönkestävyyden, alhaisen lämpötilan syklin suorituskyvyn, alhaisen sähkönjohtavuuden ja alhaisen lämpötilan syklin käyttöiän vuoksi alhaisissa lämpötiloissa;(3) Hiilianodimateriaaleja käytetään laajalti sähköajoneuvoissa niiden hyvän lämmönkestävyyden, alhaisen lämpötilan syklin suorituskyvyn, alhaisen sähkönjohtavuuden ja alhaisen lämpötilan käyttöiän vuoksi.sisään;(3) orgaanisilla elektrolyyteillä on hyvä suorituskyky alhaisessa lämpötilassa;(4) polymeerielektrolyytit: polymeerin molekyyliketjut ovat suhteellisen lyhyitä ja niillä on korkea affiniteetti;(5) epäorgaaniset materiaalit: epäorgaanisilla polymeereillä on hyvät suorituskykyparametrit (johtavuus) ja hyvä yhteensopivuus elektrolyyttiaktiivisuuden välillä;(6) metallioksidit ovat vähemmän;(7) epäorgaaniset materiaalit: epäorgaaniset polymeerit jne.
2、Matalan lämpötilan ympäristön vaikutus litiumakkuihin
Litiumakkujen käyttöikä riippuu pääasiassa purkausprosessista, kun taas alhainen lämpötila on tekijä, jolla on suurempi vaikutus litiumtuotteiden käyttöikään.Yleensä alhaisessa lämpötilassa akun pinta muuttuu vaiheittain, mikä aiheuttaa pintarakenteen vaurioita, joihin liittyy kapasiteetin ja kennokapasiteetin pieneneminen.Korkean lämpötilan olosuhteissa kennossa muodostuu kaasua, mikä nopeuttaa lämpödiffuusiota;alhaisessa lämpötilassa kaasua ei voida purkaa ajoissa, mikä nopeuttaa akun nesteen vaiheen muutosta;mitä alhaisempi lämpötila, sitä enemmän kaasua syntyy ja sitä hitaampi akkunesteen vaihemuutos.Siksi akun sisäinen materiaalinvaihto on rajumpaa ja monimutkaisempaa alhaisessa lämpötilassa, ja kaasujen ja kiintoaineiden muodostuminen akkumateriaalin sisällä on helpompaa;samaan aikaan alhainen lämpötila johtaa sarjaan tuhoisia reaktioita, kuten peruuttamatonta kemiallisen sidoksen katkeamista katodimateriaalin ja elektrolyytin välisessä rajapinnassa;se johtaa myös elektrolyytin itsekokoonpanon ja syklin käyttöiän lyhenemiseen;litiumionivarauksen siirtokyky elektrolyyttiin vähenee;lataus- ja purkuprosessi aiheuttaa sarjan ketjureaktioita, kuten polarisaatioilmiön litiumionivarauksen siirron aikana, akun kapasiteetin heikkenemistä ja sisäisen jännityksen vapautumista, mikä vaikuttaa litiumioniakkujen ja muiden toimintojen elinikään ja energiatiheyteen.Mitä alhaisempi lämpötila alhaisessa lämpötilassa, sitä voimakkaampia ja monimutkaisempia ovat erilaiset tuhoavat reaktiot, kuten redox-reaktio akun pinnalla, lämpödiffuusio, faasin muutos kennon sisällä ja jopa täydellinen tuhoutuminen, jotka puolestaan laukaisevat sarjan ketjureaktioita, kuten elektrolyyttiä. Itsekokoonpano, mitä hitaampi reaktionopeus, sitä vakavampi akun kapasiteetin heikkeneminen ja sitä huonompi litiumionivarauksen kulkeutumiskyky korkeassa lämpötilassa.
3、 Matala lämpötila litiumakkuteknologian tutkimusmahdollisuuksien kehitykselle
Alhaisessa lämpötilassa akun turvallisuuteen, käyttöikään ja kennojen lämpötilan vakauteen vaikuttaa, eikä alhaisen lämpötilan vaikutusta litiumakkujen käyttöikään voida jättää huomiotta.Tällä hetkellä matalan lämpötilan akkuteknologian tutkimus ja kehitys käyttämällä kalvoa, elektrolyyttiä, positiivisia ja negatiivisia elektrodimateriaaleja ja muita menetelmiä ovat edistyneet jonkin verran.Tulevaisuudessa matalan lämpötilan litiumakkuteknologian kehittämistä tulisi parantaa seuraavista näkökohdista: (1) litiumakkumateriaalijärjestelmän kehittäminen, jolla on korkea energiatiheys, pitkä käyttöikä, alhainen vaimennus, pieni koko ja alhaiset kustannukset alhaisessa lämpötilassa ;(2) akun sisäisen vastuksen hallinnan jatkuva parantaminen rakennesuunnittelun ja materiaalin valmistustekniikan avulla;(3) kehitettäessä korkean kapasiteetin, edullisia litiumakkujärjestelmää, huomiota olisi kiinnitettävä elektrolyyttilisäaineisiin, litiumioni- ja anodi- ja katodirajapintaan sekä sisäiseen aktiiviseen materiaaliin ja muihin avaintekijöihin;(4) parantaa akun syklin suorituskykyä (latauksen ja purkauksen ominaisenergia), akun lämpöstabiilisuutta alhaisessa lämpötilassa, litiumakkujen turvallisuutta matalan lämpötilan ympäristössä ja muita akkuteknologian kehityssuuntaa;(5) kehittää korkean turvallisuustason, korkeita ja edullisia akkujärjestelmäratkaisuja alhaisissa lämpötiloissa;(6) kehittää alhaisen lämpötilan akkuihin liittyviä tuotteita ja edistää niiden käyttöä;(7) kehittää korkean suorituskyvyn alhaisia lämpötiloja kestäviä akkumateriaaleja ja laitetekniikkaa.
Tietysti yllä olevien tutkimussuuntien lisäksi on olemassa myös monia tutkimussuuntia akun suorituskyvyn parantamiseksi edelleen alhaisissa lämpötiloissa, matalan lämpötilan akkujen energiatiheyden parantamiseksi, akun kulumisen vähentämiseksi alhaisissa lämpötiloissa, akun käyttöiän pidentämiseksi ja muuta tutkimusta. edistystä;mutta tärkeämpi kysymys on, kuinka saavuttaa korkea suorituskyky, korkea turvallisuus, alhaiset kustannukset, korkea kantama, pitkä käyttöikä ja edullinen akkujen kaupallistaminen alhaisissa lämpötiloissa on nykyinen. Tutkimuksen on keskityttävä ongelman murtamiseen ja ratkaisemiseen.
Postitusaika: 22.11.2022