Con il rapido sviluppo dei veicoli elettrici in tutto il mondo, la dimensione del mercato dei veicoli elettrici ha raggiunto i mille miliardi di dollari nel 2020 e continuerà a crescere a un tasso superiore al 20% annuo in futuro.Pertanto, considerando i veicoli elettrici come una delle principali modalità di trasporto, i requisiti prestazionali per le batterie di potenza saranno sempre più elevati e l'impatto del decadimento delle batterie sulle prestazioni delle batterie di potenza in ambienti a bassa temperatura non dovrebbe essere ignorato.I motivi principali del decadimento della batteria in ambienti a bassa temperatura sono: in primo luogo, la bassa temperatura influisce sulla piccola resistenza interna della batteria, l'area di diffusione termica è ampia e la resistenza interna della batteria aumenta.In secondo luogo, la capacità di trasferimento della carica della batteria all'interno e all'esterno è scarsa, la deformazione della batteria si verificherà quando la polarizzazione irreversibile locale.In terzo luogo, la bassa temperatura del movimento molecolare dell'elettrolita è lenta e difficile da diffondere nel tempo quando la temperatura aumenta.Pertanto, il decadimento della batteria a bassa temperatura è grave, con conseguente grave degrado delle prestazioni della batteria.
1、Lo stato della tecnologia della batteria a bassa temperatura
I requisiti tecnici e prestazionali dei materiali delle batterie agli ioni di litio preparate a basse temperature sono elevati.Il grave degrado delle prestazioni della batteria agli ioni di litio in ambienti a bassa temperatura è dovuto all'aumento della resistenza interna, che porta alla difficoltà di diffusione dell'elettrolita e alla riduzione della durata del ciclo cellulare.Pertanto, la ricerca sulla tecnologia delle batterie a bassa temperatura ha fatto alcuni progressi negli ultimi anni.Le tradizionali batterie agli ioni di litio ad alta temperatura hanno scarse prestazioni alle alte temperature e le loro prestazioni sono ancora instabili in condizioni di bassa temperatura;grande volume di celle a bassa temperatura, bassa capacità e scarse prestazioni del ciclo a bassa temperatura;la polarizzazione è significativamente più forte a bassa temperatura che ad alta temperatura;l'aumento della viscosità dell'elettrolita a bassa temperatura porta ad una riduzione del numero di cicli di carica/scarica;ridotta sicurezza delle celle e ridotta durata della batteria alle basse temperature;e prestazioni ridotte nell'uso a bassa temperatura.Inoltre, la breve durata della batteria a bassa temperatura e i rischi per la sicurezza delle celle a bassa temperatura hanno posto nuovi requisiti per la sicurezza delle batterie di potenza.Pertanto, lo sviluppo di materiali per batterie di alimentazione stabili, sicuri, affidabili e di lunga durata per ambienti a bassa temperatura è al centro della ricerca sulle batterie agli ioni di litio a bassa temperatura.Allo stato attuale, esistono diversi materiali per batterie agli ioni di litio a bassa temperatura: (1) materiali anodici metallici al litio: il litio metallico è ampiamente utilizzato nei veicoli elettrici a causa della sua elevata stabilità chimica, elevata conduttività elettrica e prestazioni di carica e scarica a bassa temperatura;(2) i materiali anodici di carbonio sono ampiamente utilizzati nei veicoli elettrici a causa della loro buona resistenza al calore, prestazioni del ciclo a bassa temperatura, bassa conduttività elettrica e durata del ciclo a bassa temperatura a basse temperature;(3) I materiali anodici di carbonio sono ampiamente utilizzati nei veicoli elettrici a causa della loro buona resistenza al calore, prestazioni del ciclo a bassa temperatura, bassa conduttività elettrica e durata del ciclo a bassa temperatura.In;(3) gli elettroliti organici hanno buone prestazioni a bassa temperatura;(4) elettroliti polimerici: le catene molecolari polimeriche sono relativamente corte e hanno un'elevata affinità;(5) materiali inorganici: i polimeri inorganici hanno buoni parametri prestazionali (conduttività) e buona compatibilità tra l'attività dell'elettrolita;(6) gli ossidi metallici sono inferiori;(7) materiali inorganici: polimeri inorganici, ecc.
2、L'effetto dell'ambiente a bassa temperatura sulla batteria al litio
La durata del ciclo di vita delle batterie al litio dipende principalmente dal processo di scarica, mentre la bassa temperatura è un fattore che incide maggiormente sulla durata dei prodotti al litio.Solitamente, in ambienti a bassa temperatura, la superficie della batteria subisce un cambiamento di fase causando danni alla struttura superficiale, accompagnati da una riduzione della capacità e della capacità della cella.In condizioni di temperatura elevata, nella cella viene generato gas che accelera la diffusione termica;a bassa temperatura, il gas non può essere scaricato in tempo, accelerando il cambio di fase del liquido della batteria;più bassa è la temperatura, più gas viene generato e più lento è il cambiamento di fase del liquido della batteria.Pertanto, il cambiamento del materiale interno della batteria è più drastico e complesso a basse temperature ed è più facile generare gas e solidi all'interno del materiale della batteria;allo stesso tempo, la bassa temperatura porterà ad una serie di reazioni distruttive come la rottura irreversibile del legame chimico all'interfaccia tra il materiale del catodo e l'elettrolita;porterà anche alla riduzione dell'autoassemblaggio dell'elettrolita e della durata del ciclo;la capacità di trasferimento della carica degli ioni di litio all'elettrolita sarà ridotta;il processo di carica e scarica causerà una serie di reazioni a catena come il fenomeno di polarizzazione durante il trasferimento della carica degli ioni di litio, il decadimento della capacità della batteria e il rilascio di stress interno, che influiscono sulla durata del ciclo e sulla densità energetica delle batterie agli ioni di litio e altre funzioni.Quanto più bassa è la temperatura, tanto più intense e complesse saranno le varie reazioni distruttive come la reazione redox sulla superficie della batteria, la diffusione termica, il cambiamento di fase all'interno della cella e persino la distruzione completa, che a loro volta innescheranno una serie di reazioni a catena come quella dell'elettrolita autoassemblaggio, più lenta è la velocità di reazione, più grave è il decadimento della capacità della batteria e minore è la capacità di migrazione della carica degli ioni di litio ad alta temperatura.
3、 Bassa temperatura sull'avanzamento delle prospettive di ricerca sulla tecnologia delle batterie al litio
In un ambiente a bassa temperatura, la sicurezza, il ciclo di vita e la stabilità della temperatura delle celle della batteria verranno influenzati e l'impatto della bassa temperatura sulla durata delle batterie al litio non può essere ignorato.Allo stato attuale, la ricerca e lo sviluppo della tecnologia delle batterie a bassa temperatura che utilizzano diaframma, elettrolita, materiali per elettrodi positivi e negativi e altri metodi hanno fatto alcuni progressi.In futuro, lo sviluppo della tecnologia delle batterie al litio a bassa temperatura dovrebbe essere migliorato dai seguenti aspetti: (1) lo sviluppo di un sistema di materiali per batterie al litio con elevata densità di energia, lunga durata, bassa attenuazione, dimensioni ridotte e basso costo a bassa temperatura ;(2) miglioramento continuo del controllo della resistenza interna della batteria attraverso la progettazione strutturale e la tecnologia di preparazione dei materiali;(3) nello sviluppo di sistemi di batterie al litio ad alta capacità e a basso costo, si dovrebbe prestare attenzione agli additivi elettrolitici, agli ioni di litio, all'interfaccia anodica e catodica e al materiale attivo interno e ad altri fattori chiave che influenzano;(4) migliorare le prestazioni del ciclo della batteria (energia specifica di carica e scarica), la stabilità termica della batteria in ambienti a bassa temperatura, la sicurezza delle batterie al litio in ambienti a bassa temperatura e altre direzioni di sviluppo della tecnologia delle batterie;(5) sviluppare soluzioni per sistemi di batterie ad alte prestazioni di sicurezza, ad alto costo e a basso costo in condizioni di bassa temperatura;(6) sviluppare prodotti relativi alle batterie a bassa temperatura e promuoverne l'applicazione;(7) sviluppare materiali per batterie ad alte prestazioni resistenti alle basse temperature e tecnologia dei dispositivi.
Naturalmente, oltre alle direzioni di ricerca di cui sopra, ci sono anche molte direzioni di ricerca per migliorare ulteriormente le prestazioni della batteria in condizioni di bassa temperatura, migliorare la densità energetica delle batterie a bassa temperatura, ridurre il degrado della batteria in ambienti a bassa temperatura, prolungare la durata della batteria e altre ricerche progresso;ma la questione più importante è come ottenere prestazioni elevate, elevata sicurezza, basso costo, elevata autonomia, lunga durata e basso costo. La commercializzazione delle batterie in condizioni di bassa temperatura è l'attuale. La ricerca deve concentrarsi sull'innovazione e sulla risoluzione del problema.
Orario di pubblicazione: 22 novembre 2022