Начиная с выхода на рынок, литий-ионные батареи широко используются из-за их долгой жизни, большой удельной емкости и отсутствия эффекта памяти. Литий-ионные батареи имеют низкую емкость, высокое затухание, низкую производительность цикла и низкое осаждение лития. , деинтеркалирование дисбаланса лития и другие проблемы. При непрерывном расширении области применения низкотемпературные характеристики литий-ионных батарей становятся все более очевидными.
По имеющимся данным, разрядная емкость литиево-ионных батарей при -20 ° C составляет лишь около 31,5% при комнатной температуре. Традиционная рабочая температура литиево-ионного аккумулятора составляет от -20 до + 55 ° С. Однако в области аэрокосмических, военных, электрических транспортных средств и т. Д. Батарея может нормально работать при -40 ° C. Поэтому улучшение низкотемпературных свойств литиево-ионных батарей имеет большое значение.
Факторы, ограничивающие низкотемпературные характеристики литиево-ионных батарей
1) В условиях низких температур вязкость электролита увеличивается или даже частично затвердевает, что приводит к уменьшению проводимости ионно-литиевой батареи.
2) Совместимость между электролитом и отрицательным электродом и сепаратором ухудшается в условиях низкой температуры.
3) В низкотемпературной среде литиевый анод литиево-ионной батареи сильно осаждает литий, а осажденный металлический литий реагирует с электролитом, а осаждение продукта приводит к увеличению толщины поверхности твердого электролита (SEI).
4) В среде с низкой температурой внутренняя диффузионная система активного материала уменьшается, и импеданс переноса заряда (Rct) значительно увеличивается.
Обсуждение решающих факторов, влияющих на низкотемпературные характеристики литиево-ионных батарей
Эксперт 1: Электролит оказывает наибольшее влияние на низкотемпературные характеристики литиево-ионной батареи, а RSEI является основным импедансом ионно-литиевой батареи в условиях низкой температуры.
Эксперт 2: Основным фактором, ограничивающим низкотемпературные характеристики литиево-ионных батарей, является резкое увеличение Li при низких температурах. +Диффузионное сопротивление, а не пленка SEI.
Низкотемпературные характеристики катодных материалов для ионно-литиевых батарей
1. Низкотемпературные характеристики материала слоистой структуры катода
Слоистая структура, которая обладает несравненной скоростью работы одномерного канала диффузии литиевых ионов и структурной стабильностью трехмерного канала, является первым коммерческим материалом катодного литиево-ионного аккумулятора. Его представительным материалом является LiCoO. 2, Li (Co 1-xNi x)O2И Li (Ni, Co, Mn) O 2И так далее.
Се Xiaohua и другие с LiCoO 2/ MCMB - объект исследования, и его низкотемпературные характеристики заряда и разряда тестируются.
Результаты показывают, что при снижении температуры разрядная платформа падает с 3,762 В (0 ° C) до 3,207 В (-30 ° C), а общая емкость аккумулятора также снижается с 78,98 мА · ч (0 ° C) до 68,55 мА · ч. (-30 ℃).
2. Низкотемпературные характеристики материала катодной структуры шпинели
Шпинельная структура LiMn 2O4Положительный электродный материал, поскольку он не содержит элемент Со, имеет преимущества низкой стоимости и отсутствия токсичности. Однако состояние валентности Mn является переменным, а Mn 3+Эффект Яна-Теллера приводит к структурной нестабильности и плохой обратимости этого компонента. Пэн Чжэншун и др., Различные методы приготовления LiMn 2O4Электрохимические свойства материала положительного электрода оказывают большое влияние, принимая в качестве примера Rct: LiMn, синтезированный методом высокотемпературной твердой фазы 2O4Rct, очевидно, выше, чем синтез методом золь-гель, и это явление также отражается в коэффициенте диффузии ионов лития. Причина в основном связана с влиянием различных методов синтеза на кристалличность и морфологию продукта.
3. Низкотемпературные характеристики катодных материалов фосфатной системы
LiFePO 4Из-за превосходной стабильности и безопасности по объему вместе с тройными материалами он стал основным материалом материалов катода с активной батареей. Gu Yijie и др. Изучали LiFePO при низкой температуре. 4Было обнаружено, что поведение заряда-разряда снижает кулоновскую эффективность от 100% при 55 ° С до 96% при 0 ° С и 64% при -20 ° С, напряжение разряда уменьшилось с 3,11 В при 55 ° С до -20 ° С. 2.62 В. Xing и др. Используют наноуглерод для LiFePO 4Модификации, было установлено, что после добавления нано-углеродного проводящего агента LiFePO 4Электрохимические характеристики менее чувствительны к температуре и улучшаются характеристики низкой температуры, после чего LiFePO 4Напряжение разряда падает с 3,40 В при 25 ° С до 3,09 В при -25 ° С, снижение составляет всего 9,12%, а эффективность его ячейки составляет 57,3% при -25 ° С, что выше, чем 53,4 без наноуглеродного проводящего агента. В последнее время LiMnPO 4Вызвало большой интерес у людей. Исследования показали, что LiMnPO 4Обладает высоким потенциалом (4.1V), без загрязнения, низкой ценой, большой удельной мощностью (170mAh / g) и т. Д. Однако из-за LiMnPO 4Чем LiFePO 4Более низкая ионная проводимость, поэтому на практике она часто используется для замены Mn на Fe с образованием LiMn. 0.8Fe 0.2ПО 4Твердый раствор.
резюме
Литий-ионные батареи были недавно приняты, и есть много опасений по поводу безопасности батареи и срока службы. Исследования температуры батареи в основном сосредоточены на проблеме ослабления мощности при использовании в условиях высокой температуры. При постоянном улучшении стандартов применения, соответственно, Литиево-ионные батареи становятся все более жесткими, и необходимо расширить диапазон рабочих температур и улучшить их низкотемпературные характеристики.
