Em ambientes de baixa temperatura, o desempenho da bateria de íons de lítio não é ideal.Quando as baterias de íon de lítio comumente usadas funcionam a -10 ° C, sua capacidade máxima de carga e descarga e tensão terminal serão significativamente reduzidas em comparação com a temperatura normal [6], quando a temperatura de descarga cair para -20 ° C, a capacidade disponível será mesmo ser reduzido para 1/3 à temperatura ambiente de 25 ° C, quando a temperatura de descarga é mais baixa, algumas baterias de lítio não conseguem nem carregar e descarregar atividades, entrando em um estado de "bateria descarregada".
1, As características das baterias de íon de lítio em baixas temperaturas
(1) Macroscópico
As mudanças características da bateria de íons de lítio em baixa temperatura são as seguintes: com a diminuição contínua da temperatura, a resistência ôhmica e a resistência de polarização aumentam em diferentes graus;A tensão de descarga da bateria de íons de lítio é inferior à temperatura normal.Ao carregar e descarregar em baixa temperatura, sua tensão operacional aumenta ou diminui mais rapidamente do que em temperatura normal, resultando em uma diminuição significativa em sua capacidade e potência máxima utilizável.
(2) Microscopicamente
As mudanças de desempenho das baterias de íon de lítio em baixas temperaturas devem-se principalmente à influência dos seguintes fatores importantes.Quando a temperatura ambiente é inferior a -20°C, o eletrólito líquido solidifica, sua viscosidade aumenta acentuadamente e sua condutividade iônica diminui.A difusão do íon lítio em materiais de eletrodos positivos e negativos é lenta;O íon de lítio é difícil de dessolvatar e sua transmissão no filme SEI é lenta e a impedância de transferência de carga aumenta.O problema do dendrito de lítio é especialmente proeminente em baixas temperaturas.
2, para resolver o desempenho de baixa temperatura das baterias de íon de lítio
Projetar um novo sistema de líquido eletrolítico para atender ao ambiente de baixa temperatura;Melhore a estrutura do eletrodo positivo e negativo para acelerar a velocidade de transmissão e encurtar a distância de transmissão;Controle a interface de eletrólito sólido positivo e negativo para reduzir a impedância.
(1) aditivos eletrolíticos
Em geral, o uso de aditivos funcionais é uma das formas mais eficazes e econômicas de melhorar o desempenho da bateria em baixas temperaturas e ajudar a formar o filme SEI ideal.Atualmente, os principais tipos de aditivos são aditivos à base de isocianato, aditivos à base de enxofre, aditivos para líquidos iônicos e aditivos inorgânicos de sal de lítio.
Por exemplo, aditivos à base de enxofre de dimetilsulfito (DMS), com atividade redutora apropriada, e porque seus produtos de redução e ligação de íons de lítio são mais fracos que o sulfato de vinil (DTD), aliviar o uso de aditivos orgânicos aumentará a impedância da interface, para construir um condutividade iônica mais estável e melhor do filme de interface do eletrodo negativo.Os ésteres sulfitos representados pelo dimetilsulfito (DMS) possuem alta constante dielétrica e ampla faixa de temperatura de operação.
(2) O solvente do eletrólito
O eletrólito tradicional da bateria de íons de lítio dissolve 1 mol de hexafluorofosfato de lítio (LiPF6) em um solvente misto, como EC, PC, VC, DMC, carbonato de metiletil (EMC) ou carbonato de dietil (DEC), onde a composição de o solvente, o ponto de fusão, a constante dielétrica, a viscosidade e a compatibilidade com o sal de lítio afetarão seriamente a temperatura operacional da bateria.Atualmente, o eletrólito comercial é fácil de solidificar quando aplicado ao ambiente de baixa temperatura de -20 ℃ e abaixo, a baixa constante dielétrica torna o sal de lítio difícil de dissociar e a viscosidade é muito alta para tornar a resistência interna da bateria e baixa plataforma de tensão.As baterias de íon de lítio podem ter melhor desempenho em baixas temperaturas otimizando a proporção de solvente existente, como otimizando a formulação do eletrólito (EC:PC:EMC=1:2:7) para que o eletrodo negativo de TiO2(B)/grafeno tenha A capacidade de ~240 mAh g-1 a -20℃ e densidade de corrente de 0,1 A g-1.Ou desenvolva novos solventes eletrolíticos de baixa temperatura.O fraco desempenho das baterias de íon-lítio em baixas temperaturas está relacionado principalmente à lenta dessolvatação do Li+ durante o processo de incorporação do Li+ no material do eletrodo.Substâncias com baixa energia de ligação entre Li+ e moléculas de solvente, como 1, 3-dioxopentileno (DIOX), podem ser selecionadas, e titanato de lítio em nanoescala é usado como material de eletrodo para montar o teste de bateria para compensar o coeficiente de difusão reduzido do material do eletrodo em temperaturas ultrabaixas, de modo a obter melhor desempenho em baixas temperaturas.
(3) sal de lítio
Atualmente, o íon LiPF6 comercial tem alta condutividade, altos requisitos de umidade no ambiente, baixa estabilidade térmica e gases nocivos, como o HF na reação da água, são fáceis de causar riscos à segurança.O filme eletrolítico sólido produzido por borato de difluoroxalato de lítio (LiODFB) é estável o suficiente e tem melhor desempenho em baixas temperaturas e desempenho em taxas mais altas.Isso ocorre porque o LiODFB tem as vantagens do borato de dioxalato de lítio (LiBOB) e do LiBF4.
3. Resumo
O desempenho em baixas temperaturas das baterias de íons de lítio será afetado por muitos aspectos, como materiais de eletrodos e eletrólitos.A melhoria abrangente de múltiplas perspectivas, como materiais de eletrodos e eletrólitos, pode promover a aplicação e o desenvolvimento de baterias de íon-lítio, e a perspectiva de aplicação de baterias de lítio é boa, mas a tecnologia precisa ser desenvolvida e aperfeiçoada em pesquisas futuras.
Horário da postagem: 27 de julho de 2023