Seit dem Markteintritt haben Lithium-Ionen-Batterien aufgrund ihrer langen Lebensdauer, ihrer großen spezifischen Kapazität und ihres Memory-Effekts eine breite Anwendung gefunden.Lithium-Ionen-Batterien haben eine geringe Kapazität, eine hohe Dämpfung, eine schlechte Zyklusleistung und eine schlechte Lithiumablagerung. , Deinterkalation von Lithium-Ungleichgewicht und andere Probleme.Mit der kontinuierlichen Erweiterung des Anwendungsbereichs wird die Tieftemperaturleistung von Lithium-Ionen-Batterien immer offensichtlicher.
Berichten zufolge beträgt die Entladekapazität von Lithium-Ionen-Batterien bei -20 ° C nur etwa 31,5% bei Raumtemperatur.Die herkömmliche Lithium-Ionen-Batterie Betriebstemperatur liegt zwischen -20 ~ + 55 ° C. Allerdings in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Militär, Elektrofahrzeuge, etc. Die Batterie kann normalerweise bei -40 ° C arbeiten. Daher ist die Verbesserung der Tieftemperatureigenschaften von Lithium-Ionen-Batterien von großer Bedeutung.
Faktoren, die die Tieftemperaturleistung von Lithium-Ionen-Batterien begrenzen
1) In der Umgebung mit niedriger Temperatur nimmt die Viskosität des Elektrolyten zu oder sie erstarrt teilweise, was zu einer Abnahme der Leitfähigkeit der Lithiumionenbatterie führt.
2) Die Kompatibilität zwischen dem Elektrolyt und der negativen Elektrode und dem Separator verschlechtert sich in einer Umgebung mit niedriger Temperatur.
3) In der Tieftemperaturumgebung fällt die Lithiumanode der Lithiumionenbatterie Lithium stark aus, und das ausgefällte Metall Lithium reagiert mit dem Elektrolyten, und die Produktablagerung führt zu einer Zunahme der Dicke der Festelektrolytgrenzfläche (SEI).
4) In der Umgebung mit niedriger Temperatur nimmt das interne Diffusionssystem des aktiven Materials ab und die Ladungsübertragungsimpedanz (Rct) steigt signifikant an.
Diskussion über die entscheidenden Faktoren, die das Tieftemperaturverhalten von Lithium-Ionen-Batterien beeinflussen
Experte 1: Elektrolyt hat den größten Einfluss auf die Tieftemperaturleistung von Lithium-Ionen-Batterien, und RSEI ist die Hauptimpedanz von Lithium-Ionen-Batterien in Niedrigtemperaturumgebung.
Expert II: Der primäre Faktor, der die Leistung der Lithiumionen-Batterie begrenzt, ist niedrig bei einer niedrigen Temperatur einen starken Anstieg der Li +Diffusionswiderstand, nicht SEI-Film.
Niedertemperatur-Eigenschaften eines Lithiumionen-Batterie positiven Elektrodenmaterials
1. Tieftemperatureigenschaften des Kathodenmaterials mit Schichtstruktur
Schichtstruktur, beide haben eine dimensionsRatenFähigkeit Lithium-Ionen-Diffusionsstrecke unerreicht, und strukturelle Stabilität des dreidimensionalen Pfades haben, ist das erste kommerzielle Li-Ionen-Batterie Kathodenmaterial LiCoO repräsentative Substanz 2, Li (Co 1-xNi x)O2Und Li (Ni, Co, Mn) O 2Usw.
Xie Xiaohua, usw. zu LiCoO 2/ MCMB als Forschungsobjekt, für die Niedertemperatur-Ladungs- und Entladungseigenschaften getestet.
Die Ergebnisse zeigen, dass, wenn die Temperatur abnimmt, nimmt die Entladungs Plattform von 3.762V (0 ℃) bis 3.207V (-30 ℃) verringert, seine Gesamtbatteriekapazität von 78.98mA gesunken · h (0 ℃) bis 68.55mA · h (-30 ° C).
2. Niedertemperatureigenschaften des Kathodenmaterials der Spinellstruktur
Spinellstruktur LiMn 2O4Das positive Elektrodenmaterial enthält kein Co-Element, und hat daher einen kostengünstigen, nicht toxischen Vorteile jedoch, die die Valenz von Mn und Mn variiert 3+Der Jahn-Teller-Effekt, was auf die Existenz einer instabilen Struktur und schlechten Reversibilität dieser Komponente. Pengzheng Shun et festgestellt, dass verschiedene Herstellung von LiMn 2O4Die elektrochemischen Eigenschaften des Kathodenmaterials zu Rct Beispiel beeinflusst: Synthese von Hochtemperatur-Festphasenverfahren LiMn 2O4Rct deutlich höher ist als die Sol-Gel-Verfahren, und dieses Phänomen auch in der Diffusionskoeffizient von Lithiumionen reflektiert wird. Der Grund hierfür ist in erster Linie eine größere Wirkung auf die Morphologie und die Kristallinität des Produkts aufgrund verschiedener Synthesemethoden.
Niedrigtemperatureigenschaften der positiven Elektrodenmaterial 3. Phosphate
LiFePO 4Aufgrund der ausgezeichneten Volumenstabilität und Sicherheit zusammen mit ternären Materialien wurde es zum Hauptmaterial heutiger Energiebatteriehohlmaterialien.Gu Yijie et al. Untersuchten LiFePO bei niedrigen Temperaturen. 4Es wurde gefunden, dass das Ladungs-Entladungs-Verhalten die Coulomb-Effizienz von 100% bei 55 ° C auf 96% bei 0 ° C und 64% bei -20 ° C reduziert, die Entladungsspannung von 3,11 V bei 55 ° C auf -20 ° C. 2,62 V. Xing und andere verwenden Nanocarbon zu LiFePO 4Modifikation, festgestellt, dass nach dem Hinzufügen von Nano-Kohlenstoff leitfähiges Mittel, LiFePO 4Die elektrochemische Leistung ist weniger temperaturempfindlich und die Leistung bei niedrigen Temperaturen ist verbessert, LiFePO nach der Modifizierung 4Die Entladungsspannung fällt von 3,40 V bei 25 ° C auf 3,09 V bei -25 ° C, eine Reduktion von nur 9,12%, und ihre Zelleneffizienz beträgt 57,3% bei -25 ° C, was höher als 53,4 ohne nanocarbonleitendes Mittel ist. Kürzlich LiMnPO 4Hat das starke Interesse der Leute geweckt. Forschung hat gefunden, dass LiMnPO 4Hat ein hohes Potenzial (4.1V), keine Umweltverschmutzung, niedriger Preis, große spezifische Kapazität (170mAh / g) und so weiter, aber wegen LiMnPO 4Als LiFePO 4Geringere Ionenleitfähigkeit, so wird es in der Praxis oft verwendet, um Mn durch Fe zu LiMn zu ersetzen. 0.8Fe 0.2PO 4Solide Lösung.
Zusammenfassung
Lithium-Ionen-Batterien sind in letzter Zeit gut aufgenommen worden, und es gibt viele Bedenken hinsichtlich der Batteriesicherheit und der Zyklenlebensdauer.Die Forschung zur Batterietemperatur konzentriert sich hauptsächlich auf das Kapazitätsabschwächungsproblem, wenn sie unter Hochtemperaturbedingungen verwendet wird Lithium-Ionen-Batterien werden immer strenger und es ist unerlässlich, ihren Betriebstemperaturbereich zu erweitern und ihre Tieftemperaturleistung zu verbessern.
