Elektrikli araçların dünya çapında hızla gelişmesiyle birlikte elektrikli araçların pazar büyüklüğü 2020 yılında 1 trilyon dolara ulaştı ve gelecekte de yılda %20'nin üzerinde bir hızla büyümeye devam edecek.Bu nedenle, önemli bir ulaşım aracı olan elektrikli araçlarda, güç pillerine yönelik performans gereklilikleri giderek daha yüksek olacaktır ve pil zayıflamasının düşük sıcaklıktaki ortamlarda güç pili performansı üzerindeki etkisi göz ardı edilmemelidir.Düşük sıcaklıklı ortamlarda pilin bozulmasının ana nedenleri şunlardır: Birincisi, düşük sıcaklık pilin küçük iç direncini etkiler, termal difüzyon alanı büyüktür ve pilin iç direnci artar.İkincisi, pilin iç ve dış şarj aktarım kapasitesi zayıftır, yerel geri dönüşü olmayan polarizasyon meydana geldiğinde pilin deformasyonu meydana gelecektir.Üçüncüsü, elektrolit moleküler hareketinin düşük sıcaklığı yavaştır ve sıcaklık arttığında zamanla dağılması zordur.Bu nedenle, düşük sıcaklıktaki pilin bozulması ciddi bir sorundur ve pil performansında ciddi bir düşüşe neden olur.
1、Düşük sıcaklık pil teknolojisinin durumu
Düşük sıcaklıklarda hazırlanan lityum iyon güç pillerinin teknik ve malzeme performans gereksinimleri yüksektir.Düşük sıcaklık ortamında lityum iyon güç pilinin ciddi performans düşüşü, iç direncin artmasından kaynaklanmaktadır, bu da elektrolit difüzyonunun zorluğuna ve hücre döngüsü ömrünün kısalmasına yol açmaktadır.Bu nedenle, düşük sıcaklık güç pil teknolojisi üzerine yapılan araştırmalar son yıllarda bir miktar ilerleme kaydetmiştir.Geleneksel yüksek sıcaklık lityum iyon pillerin yüksek sıcaklık performansı zayıftır ve performansları düşük sıcaklık koşulları altında hala dengesizdir;büyük hacimli düşük sıcaklık hücreleri, düşük kapasite ve zayıf düşük sıcaklık döngüsü performansı;polarizasyon düşük sıcaklıkta yüksek sıcaklığa göre önemli ölçüde daha güçlüdür;düşük sıcaklıkta elektrolitin artan viskozitesi, şarj/deşarj döngülerinin sayısında bir azalmaya yol açar;düşük sıcaklıklarda hücrelerin güvenliğinin azalması ve pil ömrünün azalması;ve düşük sıcaklıkta kullanımda performansın düşmesi.Ayrıca pilin düşük sıcaklıktaki çevrim ömrünün kısa olması ve düşük sıcaklık hücrelerinin güvenlik riskleri, güç pillerinin güvenliği için yeni gereksinimleri ortaya çıkarmıştır.Bu nedenle, düşük sıcaklıktaki ortamlar için kararlı, emniyetli, güvenilir ve uzun ömürlü güç pili malzemelerinin geliştirilmesi, düşük sıcaklıklı lityum iyon piller üzerine yapılan araştırmaların odak noktasıdır.Şu anda, birkaç düşük sıcaklıklı lityum-iyon pil malzemesi bulunmaktadır: (1) lityum metal anot malzemeleri: lityum metali, yüksek kimyasal stabilitesi, yüksek elektrik iletkenliği ve düşük sıcaklıkta şarj ve deşarj performansı nedeniyle elektrikli araçlarda yaygın olarak kullanılmaktadır;(2) karbon anot malzemeleri, iyi ısı direnci, düşük sıcaklık çevrim performansı, düşük elektrik iletkenliği ve düşük sıcaklıklarda düşük sıcaklık çevrim ömrü nedeniyle elektrikli araçlarda yaygın olarak kullanılmaktadır;(3) karbon anot malzemeleri, iyi ısı direnci, düşük sıcaklıkta çevrim performansı, düşük elektrik iletkenliği ve düşük sıcaklıkta çevrim ömrü nedeniyle elektrikli araçlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.içinde;(3) organik elektrolitler düşük sıcaklıkta iyi performansa sahiptir;(4) polimer elektrolitler: polimer moleküler zincirleri nispeten kısadır ve yüksek afiniteye sahiptir;(5) inorganik malzemeler: inorganik polimerler iyi performans parametrelerine (iletkenlik) ve elektrolit aktiviteleri arasında iyi uyumluluğa sahiptir;(6) metal oksitler daha azdır;(7) inorganik malzemeler: inorganik polimerler, vb.
2, Düşük sıcaklık ortamının lityum pil üzerindeki etkisi
Lityum pillerin çevrim ömrü esas olarak deşarj sürecine bağlıdır; düşük sıcaklık ise lityum ürünlerinin ömrü üzerinde daha büyük etkiye sahip bir faktördür.Genellikle, düşük sıcaklıktaki ortamlarda, pilin yüzeyi faz değişimine uğrayarak yüzey yapısında hasara neden olur ve buna kapasite ve hücre kapasitesinde azalma eşlik eder.Yüksek sıcaklık koşulları altında, hücrede termal difüzyonu hızlandıracak gaz üretilir;Düşük sıcaklıkta gaz zamanında boşaltılamaz, bu da akü sıvısının faz değişimini hızlandırır;sıcaklık ne kadar düşük olursa, o kadar fazla gaz üretilir ve akü sıvısının faz değişimi o kadar yavaş olur.Bu nedenle, pilin iç malzeme değişimi düşük sıcaklıkta daha şiddetli ve karmaşıktır ve pil malzemesinin içinde gazların ve katıların üretilmesi daha kolaydır;aynı zamanda düşük sıcaklık, katot malzemesi ile elektrolit arasındaki arayüzde geri dönüşü olmayan kimyasal bağ kırılması gibi bir dizi yıkıcı reaksiyona yol açacaktır;aynı zamanda elektrolitin kendiliğinden birleşmesi ve çevrim ömrünün azalmasına da yol açacaktır;lityum iyonunun elektrolite yük aktarma kapasitesi azalacaktır;Şarj etme ve boşaltma işlemi, lityum iyon şarj aktarımı sırasında polarizasyon fenomeni, pil kapasitesinin azalması ve dahili stres salınımı gibi bir dizi zincirleme reaksiyona neden olacaktır; bu, lityum iyon pillerin çevrim ömrünü ve enerji yoğunluğunu ve diğer işlevleri etkiler.Düşük sıcaklıkta sıcaklık ne kadar düşük olursa, pil yüzeyindeki redoks reaksiyonu, termal difüzyon, hücre içindeki faz değişimi ve hatta tamamen yok olma gibi çeşitli yıkıcı reaksiyonlar o kadar yoğun ve karmaşık olur ve sonuçta elektrolit gibi bir dizi zincirleme reaksiyonu tetikler. Kendi kendine montaj, reaksiyon hızı ne kadar yavaş olursa, pil kapasitesindeki azalma o kadar ciddi olur ve yüksek sıcaklıkta lityum iyon şarj geçiş yeteneği o kadar zayıf olur.
3、 Lityum pil teknolojisi araştırma umutlarının ilerlemesinde düşük sıcaklık
Düşük sıcaklık ortamında pilin güvenliği, çevrim ömrü ve hücre sıcaklığı stabilitesi etkilenecektir ve düşük sıcaklığın lityum pillerin ömrü üzerindeki etkisi göz ardı edilemez.Şu anda, diyafram, elektrolit, pozitif ve negatif elektrot malzemeleri ve diğer yöntemleri kullanan düşük sıcaklıklı pil teknolojisi araştırma ve geliştirmesinde bir miktar ilerleme kaydedilmiştir.Gelecekte, düşük sıcaklık lityum pil teknolojisinin geliştirilmesi aşağıdaki yönlerden geliştirilmelidir: (1) yüksek enerji yoğunluğuna, uzun ömre, düşük zayıflamaya, küçük boyuta ve düşük sıcaklıkta düşük maliyete sahip lityum pil malzeme sisteminin geliştirilmesi ;(2) yapısal tasarım ve malzeme hazırlama teknolojisi yoluyla pilin iç direnç kontrolünün sürekli iyileştirilmesi;(3) yüksek kapasiteli, düşük maliyetli lityum pil sisteminin geliştirilmesinde, elektrolit katkı maddelerine, lityum iyon ve anot ve katot arayüzüne ve dahili aktif malzemeye ve etkileyen diğer önemli faktörlere dikkat edilmelidir;(4) pil döngüsü performansını (belirli enerjiyi şarj etme ve boşaltma), pilin düşük sıcaklık ortamındaki termal stabilitesini, düşük sıcaklık ortamında lityum pillerin güvenliğini ve diğer pil teknolojisi geliştirme yönünü iyileştirmek;(5) düşük sıcaklık koşullarında yüksek güvenlik performansı, yüksek maliyetli ve düşük maliyetli güç pil sistemi çözümleri geliştirmek;(6) düşük sıcaklıklı pillerle ilgili ürünler geliştirmek ve bunların uygulanmasını teşvik etmek;(7) yüksek performanslı, düşük sıcaklığa dayanıklı pil malzemeleri ve cihaz teknolojisi geliştirmek.
Elbette yukarıdaki araştırma talimatlarına ek olarak, düşük sıcaklık koşullarında pil performansını daha da geliştirmek, düşük sıcaklık pillerinin enerji yoğunluğunu artırmak, düşük sıcaklık ortamlarında pil bozulmasını azaltmak, pil ömrünü uzatmak ve diğer araştırmalara yönelik birçok araştırma yönü de bulunmaktadır. ilerlemek;ancak daha önemli olan konu, düşük sıcaklık koşullarında pillerin yüksek performans, yüksek güvenlik, düşük maliyet, yüksek menzil, uzun ömür ve düşük maliyetli ticarileştirilmesinin nasıl sağlanacağıdır. Araştırmanın, sorunu aşmaya ve çözmeye odaklanması gerekiyor.
Gönderim zamanı: 22 Kasım 2022