Las baterías de iones de litio tienen las ventajas de una alta densidad de energía, una baja autodescarga, un alto voltaje de salida, una vida útil prolongada y sin efecto memoria, ocupando la mayoría de los mercados en el campo de la electrónica de consumo representados por teléfonos móviles, computadoras portátiles, cámaras digitales, etc. En la actualidad, la aplicación de baterías de iones de litio en herramientas eléctricas, bicicletas eléctricas y otros campos también ha mostrado una progresión geométrica.
Con el rápido desarrollo de las baterías de iones de litio en el campo de los vehículos eléctricos y la industria militar, el rendimiento a baja temperatura no se puede adaptar al clima especial a bajas temperaturas ni a los defectos ambientales extremos. Las condiciones de baja eficiencia, la capacidad de descarga efectiva y la energía de descarga efectiva de las baterías de ión litio Hay una caída significativa, y es casi imposible cargarla en el ambiente por debajo de -10 ° C, lo que restringe seriamente la aplicación de baterías de iones de litio.
Factores que afectan el rendimiento a baja temperatura de las baterías de ion litio
La batería de iones de litio se compone principalmente de material de cátodo, material de ánodo, separador y electrolito. La batería de iones de litio en ambientes de baja temperatura tiene las características de una plataforma de voltaje de descarga más baja, baja capacidad de descarga, atenuación de capacidad rápida y rendimiento de baja velocidad. Los principales factores de rendimiento son los siguientes:
Estructura de electrodo positivo
La estructura tridimensional del material del electrodo positivo restringe la velocidad de difusión de los iones de litio, y el efecto es particularmente obvio a bajas temperaturas. Los materiales del electrodo positivo para baterías de ión de litio incluyen el material comercial de fosfato de litio, níquel cobalto, manganeso, material ternario, manganato de litio, óxido de cobalto de litio, etc. Incluyendo materiales de cátodo de alto voltaje en la etapa de desarrollo, como óxido de manganeso, níquel y litio, fosfato de manganeso y litio, fosfato de litio y vanadio, etc. Los diferentes materiales del cátodo tienen diferentes estructuras tridimensionales. Actualmente, el material del cátodo utilizado como batería de potencia para los vehículos eléctricos es principalmente fosfato de hierro y litio. El material ternario de níquel-cobalto-manganeso y el manganato de litio Wu Wendi et al estudiaron el desempeño de descarga de la batería de fosfato de litio-hierro y la batería ternaria de níquel-cobalto-manganeso a -20 ° C. Se encontró que la capacidad de descarga de la batería de fosfato de litio a -20 ° C solo puede alcanzar La capacidad de temperatura ambiente es del 67,38% y la batería ternaria de níquel-cobalto-manganeso puede alcanzar el 70,1%. Du Xiaoli et al. Encontraron que la batería de óxido de manganeso y litio puede alcanzar el 83% de la capacidad de temperatura normal a -20 ° C.
Disolvente de alto punto de fusión
Debido a la presencia de un disolvente de alto punto de fusión en el electrólito mezclado, la viscosidad del electrolito de la batería de iones de litio aumenta en un entorno de baja temperatura. Cuando la temperatura es demasiado baja, se produce el fenómeno de solidificación del electrolito, lo que resulta en una disminución en la tasa de transporte de iones de litio en el electrolito.
Tasa de difusión de iones de litio
La tasa de difusión del ion litio en el ánodo de grafito disminuye en el entorno de baja temperatura. Se estudia el efecto del ánodo de grafito en la descarga de baja temperatura de la batería de ion de litio. La impedancia de migración de carga de la batería de ion de litio aumenta en el entorno de baja temperatura, lo que conduce al ion de litio en el grafito. La disminución de la velocidad de difusión en el electrodo negativo es una razón importante que afecta el rendimiento a baja temperatura de las baterías de ión litio.
Película de sei
En el ambiente de baja temperatura, la película SEI del electrodo negativo de la batería de iones de litio se engrosa y la impedancia de la película SEI aumenta, lo que conduce a la disminución de la tasa de conducción de iones de litio en la película de SEI. Finalmente, la batería de iones de litio se carga y descarga en un entorno de baja temperatura para formar una polarización para reducir la carga y la eficiencia de la descarga.
En la actualidad, muchos factores afectan el rendimiento a baja temperatura de las baterías de iones de litio, como la estructura del electrodo positivo, la tasa de migración de los iones de litio en varias partes de la batería, el grosor y la composición química de la película SEI, y la elección de sal de litio y disolvente en el electrolito. Las baterías de iones de litio se utilizan en el campo de los vehículos eléctricos, la industria militar y los entornos extremos. El desarrollo de baterías de iones de litio con un excelente rendimiento a bajas temperaturas es una demanda urgente en el mercado.
