Af hverju verður litíum rafhlaðan minni á veturna, loksins getur einhver útskýrt það!
Frá því að litíum-jónarafhlöður komu á markaðinn hafa þær verið mikið notaðar vegna kosta þeirra, langlífi, mikilli sérstakri afkastagetu og engin minnisáhrif. Lághitanotkun á litíum-jónarafhlöðum veldur vandamálum eins og lítilli afkastagetu, alvarlegri dempun, lélegri frammistöðu hringrásarhraða, augljósri litíumútfellingu og ójafnvægi útdráttar litíums. Hins vegar, með stöðugri stækkun notkunarsviða, verða þvinganir af völdum lélegrar lág-hitaafköst litíum-jónarafhlöður sífellt augljósari.
Samkvæmt skýrslum er afhleðslugeta litíum-jónarafhlöðu við -20 gráður aðeins um 31,5 prósent af því við stofuhita. Rekstrarhitastig hefðbundinna litíum-jónarafhlöður er á milli -20 og plús 55 gráður. Hins vegar, á sviði geimferða, hernaðariðnaðar, rafknúinna farartækja osfrv., þarf rafhlaðan að virka venjulega við -40 gráður. Þess vegna er mjög mikilvægt að bæta lághitaeiginleika Li-ion rafhlaðna.
Þættir sem takmarka lághitaafköst Li-jónarafhlöður
Í umhverfi við lágt hitastig eykst seigja raflausnarinnar og storknar jafnvel að hluta, sem leiðir til lækkunar á leiðni litíum-jónarafhlöðu. Samhæfni milli raflausnar og neikvæða rafskautsins og skilju verður léleg í lághitaumhverfi. Neikvætt rafskaut litíum-jónarafhlöðunnar hefur alvarlega litíumúrkomu við lágt hitastig og útfelldur málmur litíum hvarfast við raflausnina og útfelling afurðar þess leiðir til aukningar á þykkt efnisins- raflausnaviðmót (SEI). Í umhverfi með lágt hitastig minnkar dreifingarkerfi Li-rafhlaðna í virka efninu og hleðsluflutningsviðnám (Rct) eykst verulega.
Umræður um þætti sem hafa áhrif á lághitaafköst Li-jónarafhlöður
Sérfræðiálit 1: Raflausnin hefur mest áhrif á lág-hitaafköst litíum-jónarafhlöðu og samsetning og eðlisefnafræðilegir eiginleikar raflausnarinnar hafa mikilvæg áhrif á lága{{3} }hitastig rafhlöðunnar. Vandamálin sem rafhlaðan stendur frammi fyrir við lágan hita eru: seigja raflausnarinnar mun aukast, jónaleiðnihraði verður hægari, sem leiðir til ósamræmis á rafeindaflutningshraða ytri hringrásarinnar, þannig að rafhlaðan verður alvarlega skautuð og hleðslu- og losunargetan mun minnka verulega. Sérstaklega þegar hleðsla er við lágt hitastig mynda litíumjónir auðveldlega litíumdendríta á yfirborði neikvæða rafskautsins, sem leiðir til bilunar í rafhlöðunni.
Lágt hitastig raflausnarinnar er nátengd stærð rafleiðni raflausnarinnar sjálfs. Raflausnin með mikla leiðni sendir jónir hratt og getur beitt meiri getu við lágan hita. Því meira sem litíumsaltið er sundrað í raflausninni, því meiri fjöldi fólksflutninga og því meiri leiðni. Því hærra sem rafleiðni er, því hraðar sem jónaleiðnihraði, því minni skautun og því betri afköst rafhlöðunnar við lágan hita. Þess vegna er meiri rafleiðni nauðsynleg skilyrði til að ná góðum-hitaafköstum litíum-jónarafhlöðu.
Leiðni raflausnarinnar tengist samsetningu raflausnarinnar og að draga úr seigju leysisins er ein af leiðunum til að bæta leiðni raflausnarinnar. Góður vökvi leysisins við lágt hitastig er trygging fyrir jónaflutningi og fasta raflausnafilman sem myndast af raflausninni við neikvæða rafskautið við lágt hitastig er einnig lykillinn að því að hafa áhrif á leiðni litíumjóna og RSEI er aðalviðnámið. af litíumjónarafhlöðum í lághitaumhverfi.
Sérfræðingur 2: Aðalþátturinn sem takmarkar lághitaafköst litíum-jónarafhlöðu er verulega aukin Li plús dreifingarviðnám við lágt hitastig, ekki SEI filman.
Lághitaeiginleikar bakskautsefna fyrir litíumjónarafhlöður
1. Lághitaeiginleikar lagskiptra bakskautsefna
Lagskiptingin hefur ekki aðeins ósambærilegan hraðaframmistöðu eins-einvíddar litíumjónadreifingarrása, heldur hefur hún einnig byggingarstöðugleika þriggja-víddarrása. Það er elsta bakskautsefnið í atvinnuskyni fyrir litíumjónarafhlöður. Fulltrúarefni þess eru LiCoO2, Li(Co1-xNix)O2 og Li(Ni, Co, Mn)O2 og svo framvegis.
Xie Xiaohua o.fl. tók LiCoO2/MCMB sem rannsóknarhlut og prófaði lága-hitahleðslu-eiginleika þess.
The results show that with the decrease of temperature, the discharge platform drops from 3.762V (0 degree ) to 3.207V (–30 degree ); the total battery capacity also decreases sharply from 78.98mA·h (0 degree ) to 68.55mA·h (–30 degree ).
2. Lág-hitaeiginleikar spínel-uppbyggðra bakskautsefna
LiMn2O4 bakskautsefni spínelbyggingarinnar hefur þá kosti lágs kostnaðar og ekki-eiturhrifa vegna þess að það inniheldur ekki Co frumefni.
Hins vegar leiðir gildisbreytileiki Mn og Jahn-Teller áhrif Mn3 plús til óstöðugleika í uppbyggingu og lélegum afturkræfum þessa íhluts.
Peng Zhengshun o.fl. bent á að mismunandi undirbúningsaðferðir hafi mikil áhrif á rafefnafræðilega frammistöðu LiMn2O4 bakskautsefna. Tökum Rct sem dæmi: Rct af LiMn2O4 sem er myndað með háhita fasta-fasa aðferð er marktækt hærra en sól- hlaup aðferð, og þetta fyrirbæri er í litíum jón aðferð. Dreifingarstuðullinn kemur einnig fram. Ástæðan er sú að mismunandi nýmyndunaraðferðir hafa mikil áhrif á kristöllun og formgerð afurðanna.
3. Lághitaeiginleikar bakskautsefna fosfatkerfisins
Vegna framúrskarandi rúmmálsstöðugleika og öryggis hefur LiFePO4, ásamt þríbundnum efnum, orðið meginhluti núverandi rafhlöðu bakskautsefna. Léleg lághitaframmistaða litíumjárnfosfats stafar aðallega af því að efnið sjálft er einangrunarefni, með litla rafeindaleiðni, lélega litíumjónadreifingu og lélega leiðni við lágan hita, sem eykur innra viðnám rafhlöðunnar, sem er fyrir miklum áhrifum af skautun og hindrar hleðslu og afhleðslu rafhlöðunnar. Þess vegna er árangur við lágt hitastig ekki tilvalið.
When studying the charge{{0}}discharge behavior of LiFePO4 at low temperature, Gu Yijie et al. found that its coulombic efficiency dropped from 100 percent at 55 degree to 96 percent at 0 degree and 64 percent at -20 degree , respectively; the discharge voltage decreased from 3.11V at 55 degree . Decrease to 2.62V at –20 degree .
Xing et al. modified LiFePO4 with nano-carbon and found that after adding nano-carbon conductive agent, the electrochemical performance of LiFePO4 was less sensitive to temperature, and the low-temperature performance was improved; the discharge voltage of modified LiFePO4 increased from 3.40 at 25 degree V drops to 3.09V at –25 degree , a decrease of only 9.12 percent ; and its cell efficiency at –25 degree is 57.3 percent , which is higher than 53.4 percent without nano-carbon conductive agent.
Að undanförnu hefur LiMnPO4 vakið mikla athygli. Rannsóknin leiddi í ljós að LiMnPO4 hefur þá kosti að vera með mikla möguleika (4,1V), engin mengun, lágt verð og mikla sértæka getu (170mAh/g). Hins vegar, vegna lægri jónaleiðni LiMnPO4 en LiFePO4, er Fe oft notað í stað Mn að hluta til að mynda LiMn0.8Fe0.2PO4 fasta lausn í reynd.
Lághitaeiginleikar rafskautsefna fyrir litíumjónarafhlöður
Samanborið við jákvætt rafskautsefnið er rýrnun við lágt hitastig neikvæða rafskautsefnisins í litíumjónarafhlöðu alvarlegri, aðallega af eftirfarandi þremur ástæðum:
When the battery is charged and discharged at a high rate at low temperature, the polarization of the battery is serious, and a large amount of metal lithium is deposited on the surface of the negative electrode, and the reaction product of metal lithium and the electrolyte generally does not have conductivity; From the perspective of thermodynamics, the electrolyte contains a large amount of C–O, C– N etc.
The polar group can react with the negative electrode material, and the formed SEI film is more susceptible to low temperature; · The carbon negative electrode is difficult to intercalate lithium at low temperature, and there is asymmetric charge and discharge.
a98c6b55abdcd5adc3579beecae2cbd9.png
Rannsóknir á lághita raflausn
Raflausnin gegnir því hlutverki að flytja Li plús í litíum-jónarafhlöðum og jónaleiðni hans og SEI filmu-myndandi eiginleikar hafa veruleg áhrif á lág-hitastig rafhlöðunnar . Það eru þrjár meginvísar til að dæma kosti og galla lághita-sölta: jónaleiðni, rafefnafræðileg gluggi og hvarfvirkni rafskauta. Magn þessara þriggja vísbendinga fer að miklu leyti eftir efnisþáttum þeirra: leysi, raflausn (litíumsalt) og aukefni. Þess vegna hafa rannsóknir á lághitaframmistöðu hvers hluta raflausnarinnar mikla þýðingu til að skilja og bæta lághitaafköst rafhlöðunnar.
·Low-temperature characteristics of EC-based electrolytes Compared with chain carbonates, cyclic carbonates have a tighter structure, larger acting force, and higher melting point and viscosity. However, the large polarity brought by the ring structure makes it often have a large dielectric constant. The large dielectric constant, high ionic conductivity, and excellent film-forming properties of EC solvent effectively prevent the co-insertion of solvent molecules, making it indispensable. Therefore, most of the commonly used low-temperature electrolyte systems are based on EC, and then mixed Small molecule solvent with low melting point. ·Lithium salt is an important component of electrolyte. Lithium salt in the electrolyte can not only improve the ionic conductivity of the solution, but also reduce the diffusion distance of Li plus in the solution. In general, the greater the concentration of Li plus in the solution, the greater the ionic conductivity. However, the concentration of lithium ions in the electrolyte is not linearly related to the concentration of lithium salts, but is parabolic. This is because the concentration of lithium ions in the solvent depends on the strength of the dissociation and association of lithium salts in the solvent.
Rannsóknir á lághita raflausn
Til viðbótar við samsetningu rafhlöðunnar sjálfrar munu ferliþættir í raunverulegum rekstri einnig hafa mikil áhrif á afköst rafhlöðunnar.
(1) Undirbúningsferli. Yaqub o.fl. rannsakað áhrif rafskautsálags og húðþykktar á lághitaafköst LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 /Graphite rafhlöður og komst að því að hvað varðar varðveislu getu, minni rafskautsálag og því þynnra sem húðunarlagið er, því betra er lághitaafköst. .
(2) Ástand hleðslu og losunar. Petzl o.fl. rannsakað áhrif lág-hitahleðslu-afhleðsluástands á líftíma rafhlöðunnar og komst að því að þegar dýpt afhleðslunnar er mikil mun það valda meiri afkastagetu og draga úr endingu hringrásarinnar.
(3) Aðrir þættir. Yfirborðsflatarmál, holastærð, rafskautsþéttleiki, vætanleiki rafskautsins og raflausnarinnar, og skilju, o.s.frv., hafa allir áhrif á lág-hitastig litíum-jónarafhlöðu. Að auki er ekki hægt að hunsa áhrif efnis- og ferligalla á lághitastig rafhlöðunnar.
Tekið saman
Til að tryggja lághitaafköst litíum-jónarafhlöðu þarf að gera eftirfarandi:
(1) Myndaðu þunnt og þétt SEI filmu;
(2) Gakktu úr skugga um að Li plús hafi stóran dreifingarstuðul í virka efninu;
(3) Raflausnin hefur mikla jónaleiðni við lágt hitastig.
Að auki getur rannsóknin einnig fundið aðra leið til að skoða aðra tegund af litíum-jónarafhlöðu-all-fast-litíum-jónarafhlöðu . Í samanburði við hefðbundnar litíum-jónarafhlöður, allar-solid-lithium-rafhlöður, sérstaklega allar-solid-þunnar- Gert er ráð fyrir að {11}}filmu litíum-jónarafhlöður leysi algjörlega vandamálið við rýrnun afkastagetu og öryggi hringrásar þegar rafhlöður eru notaðar við lágt hitastig.
