In ambienti a bassa temperatura, le prestazioni della batteria agli ioni di litio non sono ideali.Quando le batterie agli ioni di litio comunemente utilizzate funzionano a -10 ° C, la loro capacità massima di carica e scarica e la tensione ai terminali saranno significativamente ridotte rispetto alla temperatura normale [6], quando la temperatura di scarica scende a -20 ° C, la capacità disponibile diminuirà possono ridursi anche a 1/3 a temperatura ambiente di 25°C, quando la temperatura di scarica è inferiore, alcune batterie al litio non riescono nemmeno a caricare e scaricare le attività, entrando nello stato di "batteria scarica".
1, Le caratteristiche delle batterie agli ioni di litio a basse temperature
(1) Macroscopico
I cambiamenti caratteristici della batteria agli ioni di litio a bassa temperatura sono i seguenti: con la continua diminuzione della temperatura, la resistenza ohmica e la resistenza di polarizzazione aumentano in gradi diversi;La tensione di scarica della batteria agli ioni di litio è inferiore a quella della temperatura normale.Durante la carica e la scarica a bassa temperatura, la tensione operativa aumenta o diminuisce più velocemente di quella a temperatura normale, determinando una significativa diminuzione della capacità e della potenza massime utilizzabili.
(2) Microscopicamente
Le variazioni di prestazione delle batterie agli ioni di litio a basse temperature sono dovute principalmente all'influenza dei seguenti importanti fattori.Quando la temperatura ambiente è inferiore a -20℃, l'elettrolita liquido si solidifica, la sua viscosità aumenta notevolmente e la sua conduttività ionica diminuisce.La diffusione degli ioni di litio nei materiali degli elettrodi positivi e negativi è lenta;Lo ione litio è difficile da desolvatare e la sua trasmissione nella pellicola SEI è lenta e l'impedenza di trasferimento della carica aumenta.Il problema dei dendrite del litio è particolarmente evidente alle basse temperature.
2, per risolvere le prestazioni a bassa temperatura delle batterie agli ioni di litio
Progettare un nuovo sistema liquido elettrolitico per soddisfare l'ambiente a bassa temperatura;Migliorare la struttura dell'elettrodo positivo e negativo per accelerare la velocità di trasmissione e ridurre la distanza di trasmissione;Controllare l'interfaccia dell'elettrolita solido positivo e negativo per ridurre l'impedenza.
(1) additivi elettrolitici
In generale, l'uso di additivi funzionali è uno dei modi più efficaci ed economici per migliorare le prestazioni della batteria a bassa temperatura e contribuire a formare la pellicola SEI ideale.Attualmente, i principali tipi di additivi sono additivi a base di isocianato, additivi a base di zolfo, additivi liquidi ionici e additivi di sali di litio inorganici.
Ad esempio, gli additivi a base di zolfo dimetil solfito (DMS), con un'adeguata attività riducente, e poiché i suoi prodotti di riduzione e il legame degli ioni di litio sono più deboli del solfato di vinile (DTD), alleviando l'uso di additivi organici si aumenterà l'impedenza dell'interfaccia, per costruire un conduttività ionica più stabile e migliore della pellicola di interfaccia dell'elettrodo negativo.Gli esteri solfito rappresentati dal dimetil solfito (DMS) hanno un'elevata costante dielettrica e un ampio intervallo di temperature operative.
(2) Il solvente dell'elettrolita
L'elettrolita tradizionale di una batteria agli ioni di litio consiste nel sciogliere 1 mole di esafluorofosfato di litio (LiPF6) in un solvente misto, come EC, PC, VC, DMC, metil etil carbonato (EMC) o dietil carbonato (DEC), dove la composizione di il solvente, il punto di fusione, la costante dielettrica, la viscosità e la compatibilità con il sale di litio influenzeranno seriamente la temperatura di funzionamento della batteria.Al momento, l'elettrolita commerciale è facile da solidificare se applicato in un ambiente a bassa temperatura di -20 ℃ e inferiore, la bassa costante dielettrica rende difficile la dissociazione del sale di litio e la viscosità è troppo alta per rendere la resistenza interna della batteria bassa. piattaforma di tensione.Le batterie agli ioni di litio possono avere prestazioni migliori a bassa temperatura ottimizzando il rapporto solvente esistente, ad esempio ottimizzando la formulazione dell'elettrolita (EC:PC:EMC=1:2:7) in modo che l'elettrodo negativo TiO2(B)/grafene abbia A capacità di ~240 mA h g-1 a -20 ℃ e densità di corrente di 0,1 A g-1.Oppure sviluppare nuovi solventi elettrolitici a bassa temperatura.Le scarse prestazioni delle batterie agli ioni di litio a basse temperature sono principalmente legate alla lenta desolvatazione del Li+ durante il processo di inclusione del Li+ nel materiale dell'elettrodo.È possibile selezionare sostanze con bassa energia di legame tra Li+ e molecole di solvente, come 1,3-diosopentilene (DIOX), e il titanato di litio su scala nanometrica viene utilizzato come materiale dell'elettrodo per assemblare il test della batteria per compensare il ridotto coefficiente di diffusione del materiale dell'elettrodo a temperature ultra-basse, in modo da ottenere migliori prestazioni a bassa temperatura.
(3) sale di litio
Allo stato attuale, lo ione commerciale LiPF6 ha un'elevata conduttività, elevati requisiti di umidità nell'ambiente, scarsa stabilità termica e gas nocivi come l'HF nella reazione dell'acqua possono facilmente causare rischi per la sicurezza.Il film elettrolitico solido prodotto dal borato di litio difluorossalato (LiODFB) è sufficientemente stabile e offre prestazioni migliori alle basse temperature e prestazioni di velocità più elevate.Questo perché LiODFB presenta i vantaggi sia del litio diossalato borato (LiBOB) che del LiBF4.
3. Riepilogo
Le prestazioni a bassa temperatura delle batterie agli ioni di litio saranno influenzate da molti aspetti come i materiali degli elettrodi e gli elettroliti.Un miglioramento completo da molteplici punti di vista, come i materiali degli elettrodi e l’elettrolita, può promuovere l’applicazione e lo sviluppo delle batterie agli ioni di litio e le prospettive applicative delle batterie al litio sono buone, ma la tecnologia deve essere sviluppata e perfezionata in ulteriori ricerche.
Orario di pubblicazione: 27 luglio 2023