Düşük sıcaklıktaki ortamlarda lityum iyon pil performansı ideal değildir.Yaygın olarak kullanılan lityum iyon piller -10°C'de çalıştığında maksimum şarj ve deşarj kapasitesi ve terminal voltajı normal sıcaklığa göre önemli ölçüde azalacaktır [6], deşarj sıcaklığı -20°C'ye düştüğünde ise mevcut kapasite artacaktır. Hatta 25°C oda sıcaklığında 1/3'e kadar düşebilir, deşarj sıcaklığı daha düşük olduğunda bazı lityum piller şarj ve deşarj faaliyetlerini bile gerçekleştiremez ve "ölü pil" durumuna girer.
1, Düşük sıcaklıklarda lityum iyon pillerin özellikleri
(1) Makroskobik
Lityum-iyon pilin düşük sıcaklıktaki karakteristik değişiklikleri şu şekildedir: sıcaklığın sürekli azalmasıyla omik direnç ve polarizasyon direnci farklı derecelerde artar;Lityum iyon pilin deşarj voltajı normal sıcaklıktan daha düşüktür.Düşük sıcaklıkta şarj ve deşarj sırasında, çalışma voltajı normal sıcaklıktan daha hızlı yükselir veya düşer, bu da maksimum kullanılabilir kapasitesinde ve gücünde önemli bir azalmaya neden olur.
(2) Mikroskobik olarak
Lityum iyon pillerin düşük sıcaklıklardaki performans değişiklikleri esas olarak aşağıdaki önemli faktörlerin etkisinden kaynaklanmaktadır.Ortam sıcaklığı -20°C'nin altına düştüğünde sıvı elektrolit katılaşır, viskozitesi keskin bir şekilde artar ve iyonik iletkenliği azalır.Pozitif ve negatif elektrot malzemelerindeki lityum iyon difüzyonu yavaştır;Lityum iyonunun çözünmesi zordur ve SEI filminde iletimi yavaştır ve yük aktarım empedansı artar.Lityum dendrit sorunu özellikle düşük sıcaklıklarda belirgindir.
2, Lityum iyon pillerin düşük sıcaklık performansını çözmek için
Düşük sıcaklık ortamını karşılamak için yeni bir elektrolitik sıvı sistemi tasarlayın;İletim hızını hızlandırmak ve iletim mesafesini kısaltmak için pozitif ve negatif elektrot yapısını geliştirin;Empedansı azaltmak için pozitif ve negatif katı elektrolit arayüzünü kontrol edin.
(1) elektrolit katkı maddeleri
Genel olarak fonksiyonel katkı maddelerinin kullanılması, pilin düşük sıcaklık performansını iyileştirmenin ve ideal SEI filminin oluşturulmasına yardımcı olmanın en etkili ve ekonomik yollarından biridir.Şu anda ana katkı maddeleri izosiyanat bazlı katkı maddeleri, kükürt bazlı katkı maddeleri, iyonik sıvı katkı maddeleri ve inorganik lityum tuzu katkı maddeleridir.
Örneğin, uygun indirgeme aktivitesine sahip dimetil sülfit (DMS) sülfür bazlı katkı maddeleri ve indirgeme ürünleri ve lityum iyon bağlanması, vinil sülfattan (DTD) daha zayıf olduğundan, organik katkı maddelerinin kullanımının hafifletilmesi, arayüz empedansını artıracak ve bir arayüz oluşturacaktır. Negatif elektrot arayüz filminin daha kararlı ve daha iyi iyonik iletkenliği.Dimetil sülfit (DMS) ile temsil edilen sülfit esterleri, yüksek dielektrik sabitine ve geniş çalışma sıcaklığı aralığına sahiptir.
(2) Elektrolitin çözücüsü
Geleneksel lityum iyon pil elektroliti, 1 mol lityum hekzaflorofosfatın (LiPF6) EC, PC, VC, DMC, metil etil karbonat (EMC) veya dietil karbonat (DEC) gibi karışık bir çözücü içinde çözülmesidir; solvent, erime noktası, dielektrik sabiti, viskozite ve lityum tuzu ile uyumluluğu pilin çalışma sıcaklığını ciddi şekilde etkileyecektir.Şu anda, ticari elektrolitin -20°C ve altındaki düşük sıcaklık ortamına uygulandığında katılaşması kolaydır, düşük dielektrik sabiti, lityum tuzunun ayrışmasını zorlaştırır ve viskozite, pilin iç direncini ve düşüklüğünü sağlamak için çok yüksektir. voltaj platformu.Lityum-iyon piller, mevcut solvent oranını optimize ederek, örneğin elektrolit formülasyonunu (EC:PC:EMC=1:2:7) TiO2(B)/grafen negatif elektrotun A olmasını sağlayacak şekilde optimize ederek daha iyi düşük sıcaklık performansına sahip olabilir. -20°C'de ~240 mA h g-1 kapasitesi ve 0,1 A g-1 akım yoğunluğu.Veya yeni düşük sıcaklıklı elektrolit solventler geliştirin.Lityum-iyon pillerin düşük sıcaklıklardaki zayıf performansı, esas olarak Li+'nın elektrot malzemesine gömülmesi işlemi sırasında Li+'nin yavaş çözünmesiyle ilgilidir.Li+ ile 1,3-dioksopentilen (DIOX) gibi solvent molekülleri arasında düşük bağlanma enerjisine sahip maddeler seçilebilir ve pil testini oluşturmak için elektrot malzemesi olarak nanoölçekli lityum titanat kullanılır. Daha iyi düşük sıcaklık performansı elde etmek için ultra düşük sıcaklıklarda elektrot malzemesi.
(3) lityum tuzu
Şu anda, ticari LiPF6 iyonu yüksek iletkenliğe, ortamdaki yüksek nem gereksinimlerine, zayıf termal stabiliteye sahiptir ve su reaksiyonundaki HF gibi kötü gazların güvenlik tehlikelerine neden olması kolaydır.Lityum difloroksalat borat (LiODFB) tarafından üretilen katı elektrolit film yeterince stabildir ve daha iyi düşük sıcaklık performansına ve daha yüksek hız performansına sahiptir.Bunun nedeni LiODFB'nin hem lityum dioksalat boratın (LiBOB) hem de LiBF4'ün avantajlarına sahip olmasıdır.
3. Özet
Lityum iyon pillerin düşük sıcaklık performansı, elektrot malzemeleri ve elektrolitler gibi birçok yönden etkilenecektir.Elektrot malzemeleri ve elektrolit gibi birçok açıdan kapsamlı iyileştirme, lityum iyon pillerin uygulanmasını ve geliştirilmesini teşvik edebilir ve lityum pillerin uygulama olasılığı iyidir, ancak teknolojinin daha ileri araştırmalarla geliştirilmesi ve mükemmelleştirilmesi gerekmektedir.
Gönderim zamanı: Temmuz-27-2023