Com o rápido desenvolvimento dos veículos eléctricos em todo o mundo, o tamanho do mercado de veículos eléctricos atingiu 1 bilião de dólares em 2020 e continuará a crescer a uma taxa de mais de 20% ao ano no futuro. Portanto, os veículos eléctricos como principal meio de transporte, os requisitos de desempenho para baterias de energia serão cada vez mais elevados, e o impacto da deterioração da bateria no desempenho da bateria de energia em ambientes de baixa temperatura não deve ser ignorado. As principais razões para a deterioração da bateria em ambientes de baixa temperatura são: Primeiro, a baixa temperatura afeta a pequena resistência interna da bateria, a área de difusão térmica é grande e a resistência interna da bateria aumenta. Em segundo lugar, a bateria dentro e fora da capacidade de transferência de carga é fraca, a deformação da bateria ocorrerá quando a polarização irreversível local. Terceiro, a baixa temperatura do movimento molecular do eletrólito é lenta e difícil de difundir no tempo quando a temperatura aumenta. Portanto, a deterioração da bateria em baixa temperatura é grave, resultando em grave degradação do desempenho da bateria.
1、O status da tecnologia de bateria de baixa temperatura
Os requisitos de desempenho técnico e material das baterias de íons de lítio preparadas em baixas temperaturas são altos. A grave degradação do desempenho da bateria de íons de lítio em ambientes de baixa temperatura é devido ao aumento da resistência interna, o que leva à dificuldade de difusão do eletrólito e à redução do ciclo de vida da célula. Portanto, a pesquisa sobre tecnologia de baterias de baixa temperatura fez alguns progressos nos últimos anos. As baterias tradicionais de íons de lítio de alta temperatura têm baixo desempenho em altas temperaturas e seu desempenho ainda é instável em condições de baixa temperatura; grande volume de células de baixa temperatura, baixa capacidade e baixo desempenho do ciclo de baixa temperatura; a polarização é significativamente mais forte em baixas temperaturas do que em altas temperaturas; o aumento da viscosidade do eletrólito a baixa temperatura leva a uma redução no número de ciclos de carga/descarga; redução da segurança das células e redução da vida útil da bateria em baixas temperaturas; e desempenho reduzido em uso em baixa temperatura. Além disso, o curto ciclo de vida da bateria em baixa temperatura e os riscos de segurança das células de baixa temperatura apresentam novos requisitos para a segurança das baterias elétricas. Portanto, o desenvolvimento de materiais de baterias de energia estáveis, seguros, confiáveis e de longa duração para ambientes de baixa temperatura é o foco da pesquisa em baterias de íons de lítio de baixa temperatura. Atualmente, existem vários materiais de bateria de íon-lítio de baixa temperatura: (1) materiais de ânodo de metal de lítio: o metal de lítio é amplamente utilizado em veículos elétricos devido à sua alta estabilidade química, alta condutividade elétrica e desempenho de carga e descarga em baixa temperatura; (2) os materiais de ânodo de carbono são amplamente utilizados em veículos elétricos devido à sua boa resistência ao calor, desempenho do ciclo de baixa temperatura, baixa condutividade elétrica e ciclo de vida de baixa temperatura em baixas temperaturas; (3) os materiais de ânodo de carbono são amplamente utilizados em veículos elétricos devido à sua boa resistência ao calor, desempenho de ciclo de baixa temperatura, baixa condutividade elétrica e ciclo de vida de baixa temperatura. em; (3) os eletrólitos orgânicos apresentam bom desempenho em baixa temperatura; (4) eletrólitos poliméricos: as cadeias moleculares poliméricas são relativamente curtas e possuem alta afinidade; (5) materiais inorgânicos: polímeros inorgânicos apresentam bons parâmetros de desempenho (condutividade) e boa compatibilidade entre atividade eletrolítica; (6) os óxidos metálicos são menores; (7) materiais inorgânicos: polímeros inorgânicos, etc.
2、O efeito do ambiente de baixa temperatura na bateria de lítio
O ciclo de vida das baterias de lítio depende principalmente do processo de descarga, enquanto a baixa temperatura é um fator que tem maior impacto na vida útil dos produtos de lítio. Normalmente, em ambiente de baixa temperatura, a superfície da bateria sofrerá mudança de fase causando danos à estrutura da superfície, acompanhados de redução da capacidade e da capacidade da célula. Sob condições de alta temperatura, é gerado gás na célula, o que acelerará a difusão térmica; sob baixa temperatura, o gás não pode ser descarregado a tempo, acelerando a mudança de fase do líquido da bateria; quanto mais baixa a temperatura, mais gás é gerado e mais lenta é a mudança de fase do líquido da bateria. Portanto, a mudança de material interno da bateria é mais drástica e complexa em baixas temperaturas, sendo mais fácil gerar gases e sólidos dentro do material da bateria; ao mesmo tempo, a baixa temperatura levará a uma série de reações destrutivas, como quebra irreversível da ligação química na interface entre o material do cátodo e o eletrólito; também levará à redução da automontagem e do ciclo de vida do eletrólito; a capacidade de transferência de carga de íons de lítio para o eletrólito será reduzida; o processo de carga e descarga causará uma série de reações em cadeia, como fenômeno de polarização durante a transferência de carga de íons de lítio, diminuição da capacidade da bateria e liberação de estresse interno, o que afeta o ciclo de vida e a densidade de energia das baterias de íons de lítio e outras funções. Quanto mais baixa a temperatura em baixa temperatura, mais intensas e complexas são as várias reações destrutivas, como reação redox na superfície da bateria, difusão térmica, mudança de fase dentro da célula e até mesmo a destruição completa, por sua vez desencadearão uma série de reações em cadeia, como eletrólito automontagem, quanto mais lenta for a velocidade de reação, mais grave será a deterioração da capacidade da bateria e menor será a capacidade de migração de carga de íons de lítio em alta temperatura.
3. Baixa temperatura no progresso das perspectivas de pesquisa em tecnologia de bateria de lítio
No ambiente de baixa temperatura, a segurança, o ciclo de vida e a estabilidade da temperatura das células da bateria serão afetados, e o impacto da baixa temperatura na vida útil das baterias de lítio não pode ser ignorado. Atualmente, a pesquisa e o desenvolvimento de tecnologia de bateria de baixa temperatura usando diafragma, eletrólito, materiais de eletrodo positivo e negativo e outros métodos fizeram algum progresso. No futuro, o desenvolvimento da tecnologia de bateria de lítio de baixa temperatura deve ser melhorado a partir dos seguintes aspectos: (1) o desenvolvimento de um sistema de material de bateria de lítio com alta densidade de energia, longa vida, baixa atenuação, tamanho pequeno e baixo custo em baixa temperatura ; (2) melhoria contínua do controle da resistência interna da bateria por meio de projeto estrutural e tecnologia de preparação de materiais; (3) no desenvolvimento de sistemas de baterias de lítio de alta capacidade e baixo custo, deve-se prestar atenção aos aditivos eletrolíticos, íons de lítio e interface de ânodo e cátodo e material ativo interno e outros fatores-chave de influência; (4) melhorar o desempenho do ciclo da bateria (energia específica de carga e descarga), a estabilidade térmica da bateria em ambiente de baixa temperatura, a segurança das baterias de lítio em ambiente de baixa temperatura e outras direções de desenvolvimento de tecnologia de bateria; (5) desenvolver soluções de sistemas de baterias de energia de alto desempenho e alto custo e baixo custo em condições de baixa temperatura; (6) desenvolver produtos relacionados com baterias de baixa temperatura e promover a sua aplicação; (7) desenvolver materiais de bateria e tecnologia de dispositivos resistentes a baixas temperaturas e alto desempenho.
Claro, além das direções de pesquisa acima, há também muitas direções de pesquisa para melhorar ainda mais o desempenho da bateria em condições de baixa temperatura, melhorar a densidade de energia das baterias de baixa temperatura, reduzir a degradação da bateria em ambientes de baixa temperatura, prolongar a vida útil da bateria e outras pesquisas progresso; mas a questão mais importante é como alcançar alto desempenho, alta segurança, baixo custo, alto alcance, longa vida útil e baixo custo. A comercialização de baterias em condições de baixa temperatura é a atual. A pesquisa precisa se concentrar em romper e resolver o problema.
Horário da postagem: 22 de novembro de 2022