Di lingkungan bersuhu rendah, kinerja baterai lithium-ion tidak ideal.Ketika baterai lithium-ion yang umum digunakan bekerja pada -10 ° C, kapasitas pengisian dan pengosongan maksimum serta tegangan terminalnya akan berkurang secara signifikan dibandingkan dengan suhu normal [6], ketika suhu pengosongan turun hingga -20 ° C, kapasitas yang tersedia akan berkurang. bahkan dikurangi menjadi 1/3 pada suhu kamar 25 ° C, ketika suhu pengosongan lebih rendah, beberapa baterai litium bahkan tidak dapat melakukan aktivitas pengisian dan pengosongan, memasuki kondisi "baterai mati".
1, Karakteristik baterai lithium-ion pada suhu rendah
(1) Makroskopis
Perubahan karakteristik baterai lithium-ion pada suhu rendah adalah sebagai berikut: dengan penurunan suhu yang terus menerus, resistansi ohmik dan resistansi polarisasi meningkat dalam derajat yang berbeda-beda;Tegangan pengosongan baterai lithium-ion lebih rendah dari suhu normal.Saat pengisian dan pengosongan pada suhu rendah, tegangan pengoperasiannya naik atau turun lebih cepat dibandingkan suhu normal, sehingga mengakibatkan penurunan signifikan pada kapasitas dan daya maksimum yang dapat digunakan.
(2) Secara mikroskopis
Perubahan kinerja baterai lithium-ion pada suhu rendah terutama disebabkan oleh pengaruh faktor-faktor penting berikut.Ketika suhu sekitar lebih rendah dari -20℃, elektrolit cair membeku, viskositasnya meningkat tajam, dan konduktivitas ioniknya menurun.Difusi ion litium pada bahan elektroda positif dan negatif lambat;Ion litium sulit untuk dihilangkan, dan transmisinya dalam film SEI lambat, serta impedansi transfer muatan meningkat.Masalah litium dendrit sangat menonjol pada suhu rendah.
2, Untuk mengatasi kinerja suhu rendah baterai lithium-ion
Rancang sistem cairan elektrolitik baru untuk memenuhi lingkungan bersuhu rendah;Memperbaiki struktur elektroda positif dan negatif untuk mempercepat kecepatan transmisi dan memperpendek jarak transmisi;Kontrol antarmuka elektrolit padat positif dan negatif untuk mengurangi impedansi.
(1) aditif elektrolit
Secara umum, penggunaan aditif fungsional adalah salah satu cara paling efektif dan ekonomis untuk meningkatkan kinerja baterai pada suhu rendah dan membantu membentuk film SEI yang ideal.Saat ini, jenis aditif utama adalah aditif berbasis isosianat, aditif berbasis sulfur, aditif cair ionik, dan aditif garam litium anorganik.
Misalnya, aditif berbahan dasar sulfur dimetil sulfit (DMS), dengan aktivitas reduksi yang sesuai, dan karena produk reduksinya dan pengikatan ion litium lebih lemah dibandingkan vinil sulfat (DTD), mengurangi penggunaan aditif organik akan meningkatkan impedansi antarmuka, untuk membangun a konduktivitas ionik yang lebih stabil dan lebih baik dari film antarmuka elektroda negatif.Ester sulfit yang diwakili oleh dimetil sulfit (DMS) memiliki konstanta dielektrik yang tinggi dan rentang suhu pengoperasian yang luas.
(2) Pelarut elektrolit
Elektrolit baterai litium-ion tradisional adalah dengan melarutkan 1 mol litium heksafluorofosfat (LiPF6) ke dalam pelarut campuran, seperti EC, PC, VC, DMC, metil etil karbonat (EMC) atau dietil karbonat (DEC), dimana komposisinya pelarut, titik leleh, konstanta dielektrik, viskositas, dan kompatibilitas dengan garam litium akan sangat mempengaruhi suhu pengoperasian baterai.Saat ini, elektrolit komersial mudah mengeras bila diterapkan pada lingkungan bersuhu rendah -20℃ ke bawah, konstanta dielektrik yang rendah membuat garam litium sulit terdisosiasi, dan viskositasnya terlalu tinggi sehingga resistansi internal baterai menjadi rendah. platform tegangan.Baterai lithium-ion dapat memiliki kinerja suhu rendah yang lebih baik dengan mengoptimalkan rasio pelarut yang ada, misalnya dengan mengoptimalkan formulasi elektrolit (EC:PC:EMC=1:2:7) sehingga elektroda negatif TiO2(B)/graphene memiliki A kapasitas ~240 mA h g-1 pada -20℃ dan kerapatan arus 0,1 A g-1.Atau kembangkan pelarut elektrolit suhu rendah baru.Buruknya kinerja baterai litium-ion pada suhu rendah terutama disebabkan oleh lambatnya desolasi Li+ selama proses penanaman Li+ pada bahan elektroda.Zat dengan energi pengikatan rendah antara Li+ dan molekul pelarut, seperti 1,3-dioxopentylene (DIOX), dapat dipilih, dan litium titanat skala nano digunakan sebagai bahan elektroda untuk merakit pengujian baterai guna mengkompensasi berkurangnya koefisien difusi dari molekul pelarut. bahan elektroda pada suhu sangat rendah, sehingga mencapai kinerja suhu rendah yang lebih baik.
(3) garam litium
Saat ini, ion LiPF6 komersial memiliki konduktivitas tinggi, kebutuhan kelembaban lingkungan yang tinggi, stabilitas termal yang buruk, dan gas buruk seperti HF dalam reaksi air mudah menyebabkan bahaya keselamatan.Film elektrolit padat yang dihasilkan oleh lithium difluoroxalate borate (LiODFB) cukup stabil dan memiliki kinerja suhu rendah yang lebih baik dan kinerja laju yang lebih tinggi.Hal ini karena LiODFB memiliki keunggulan dibandingkan litium dioksalat borat (LiBOB) dan LiBF4.
3. Ringkasan
Kinerja baterai lithium-ion pada suhu rendah akan dipengaruhi oleh banyak aspek seperti bahan elektroda dan elektrolit.Peningkatan komprehensif dari berbagai perspektif seperti bahan elektroda dan elektrolit dapat mendorong penerapan dan pengembangan baterai litium-ion, dan prospek penerapan baterai litium bagus, namun teknologinya perlu dikembangkan dan disempurnakan dalam penelitian lebih lanjut.
Waktu posting: 27 Juli-2023