Waarom wordt de capaciteit van een lithiumbatterij in de winter lager?

Lithium-ionbatterijen worden sinds hun introductie op de markt op grote schaal gebruikt vanwege hun lange levensduur, grote specifieke capaciteit en geen geheugeneffect. Gebruik van lithium-ionbatterijen bij lage temperaturen heeft problemen zoals een lage capaciteit, ernstige verzwakking, slechte cyclussnelheidsprestaties, duidelijke lithiumneerslag en onevenwichtige lithium-de-intercalatie. Met de voortdurende uitbreiding van toepassingsgebieden zijn de beperkingen die worden veroorzaakt door de slechte prestaties van lithium-ionbatterijen bij lage temperaturen echter steeds duidelijker geworden.

Volgens rapporten is de ontladingscapaciteit van lithium-ionbatterijen bij -20 graad slechts ongeveer 31,5 procent van die bij kamertemperatuur. De bedrijfstemperatuur van traditionele lithium-ionbatterijen ligt tussen -20 en plus 55 graden. In de lucht- en ruimtevaart, de militaire industrie, elektrische voertuigen en andere gebieden moeten batterijen echter normaal werken bij een graad van -40. Daarom is het van groot belang om de eigenschappen van lithium-ionbatterijen bij lage temperaturen te verbeteren.

Factoren die de prestaties bij lage temperaturen van lithium-ionbatterijen beperken

In een omgeving met lage temperaturen neemt de viscositeit van de elektrolyt toe en stolt zelfs gedeeltelijk, wat resulteert in een afname van de geleidbaarheid van de lithium-ionbatterij.

In een omgeving met lage temperaturen wordt de compatibiliteit tussen de elektrolyt, de negatieve elektrode en de separator slecht.

Lithium wordt ernstig neergeslagen vanaf de negatieve elektrode van de lithium-ionbatterij in een omgeving met lage temperaturen, en het neergeslagen metaallithium reageert met de elektrolyt, en de productafzetting ervan leidt tot een toename van de dikte van het vaste elektrolytgrensvlak (SEI) .

In een omgeving met lage temperaturen neemt het diffusiesysteem van lithium-ionbatterijen in het actieve materiaal af en neemt de ladingsoverdrachtsweerstand (Rct) aanzienlijk toe.

Discussie over de bepalende factoren die de prestaties van Li-ion-batterijen bij lage temperaturen beïnvloeden

Expertmening 1: De elektrolyt heeft de grootste invloed op de prestaties van lithium-ionbatterijen bij lage temperaturen, en de samenstelling en fysische en chemische eigenschappen van de elektrolyt hebben een belangrijke invloed op de prestaties van de batterij bij lage temperaturen. Het probleem waarmee de batterijcyclus bij lage temperaturen wordt geconfronteerd, is: de viscositeit van de elektrolyt zal toenemen, de ionengeleidingssnelheid zal vertragen en de elektronenmigratiesnelheid van het externe circuit zal niet overeenkomen. Daarom zal de batterij ernstig gepolariseerd zijn en zal de laad- en ontlaadcapaciteit sterk afnemen. Vooral bij het opladen bij lage temperaturen kunnen lithiumionen gemakkelijk lithiumdendrieten vormen op het oppervlak van de negatieve elektrode, wat kan leiden tot batterijstoringen.

De prestaties van de elektrolyt bij lage temperaturen hangen nauw samen met de geleidbaarheid van de elektrolyt zelf. De elektrolyt met een hoge geleidbaarheid kan ionen sneller overbrengen en kan bij lage temperaturen meer capaciteit uitoefenen. Hoe meer gedissocieerde lithiumzouten in de elektrolyt, hoe meer migratiegetallen en hoe hoger de geleidbaarheid. Hoe hoger de geleidbaarheid, hoe sneller de ionengeleidingssnelheid, hoe kleiner de polarisatie en hoe beter de prestaties van de batterij bij lage temperaturen. Daarom is een hogere geleidbaarheid een noodzakelijke voorwaarde voor het bereiken van goede prestaties bij lage temperaturen van lithium-ionbatterijen.

De geleidbaarheid van de elektrolyt houdt verband met de samenstelling van de elektrolyt, en het verlagen van de viscositeit van het oplosmiddel is een van de manieren om de geleidbaarheid van de elektrolyt te vergroten. Oplosmiddel De goede vloeibaarheid van het oplosmiddel bij lage temperatuur is de garantie voor ionentransport, en de vaste elektrolytfilm gevormd door de elektrolyt op de negatieve elektrode bij lage temperatuur is ook de sleutel tot de geleiding van lithiumionen, en RSEI is de belangrijkste impedantie. van lithium-ionbatterijen in omgevingen met lage temperaturen.

Expert 2: De belangrijkste factor die de prestaties van lithium-ionbatterijen bij lage temperaturen beperkt, is de sterk verhoogde Li plus diffusieweerstand bij lage temperaturen, en niet de SEI-film.

Kenmerken bij lage temperaturen van kathodematerialen voor lithium-ionbatterijen

Lage temperatuureigenschappen van gelaagde kathodematerialen

De gelaagde structuur, die niet alleen de onvergelijkbare snelheidsprestaties heeft van het eendimensionale lithiumiondiffusiekanaal, maar ook de structurele stabiliteit van het driedimensionale kanaal heeft, is het eerste commerciële kathodemateriaal voor lithium-ionbatterijen. De representatieve stoffen zijn LiCoO2, Li(Co1-xNix)O2 en Li(Ni, Co, Mn)O2 enzovoort.