Miksi litiumakun kapasiteetti laskee talvella?

Miksi litiumakun kapasiteetti laskee talvella?

Miksi litiumakun kapasiteetti laskee talvella?

  Litium-ioni-akkuja on käytetty laajalti markkinoille tulon jälkeen niiden etujen, kuten pitkän käyttöiän, suuren ominaiskapasiteetin ja muistiefektin puuttumisen, ansiosta. Litiumioniakkujen alhaisessa lämpötilassa käytettäessä on ongelmia, kuten alhainen kapasiteetti, voimakas vaimennus, huono kiertonopeus, ilmeinen litiumin kehittyminen ja epätasapainoinen litiumin poisto ja asettaminen. Sovellusalueiden jatkuvan laajentumisen myötä litiumioniakkujen huonon suorituskyvyn matalassa lämpötilassa aiheuttamat rajoitteet ovat kuitenkin yhä ilmeisempiä.

Siitä lähtien, kun litiumioniakut tulivat markkinoille, niitä on käytetty laajalti niiden etujen, kuten pitkän käyttöiän, suuren ominaiskapasiteetin ja muistiefektin puuttumisen, vuoksi. Alhaisissa lämpötiloissa käytettävissä litiumioniakuissa on ongelmia, kuten alhainen kapasiteetti, vakava vaimennus, huono kiertonopeus, ilmeinen litiuminsaostuminen ja epätasapainoinen litiumin deinterkalaatio ja deinterkalaatio. Kuitenkin, kun sovellusalueet laajenevat edelleen, litiumioniakkujen huonon suorituskyvyn alhaisessa lämpötilassa aiheuttamat rajoitteet ovat tulleet yhä selvemmiksi.

Raporttien mukaan litiumioniakkujen purkauskapasiteetti -20 ℃:ssa on vain noin 31,5 % huoneenlämpötilasta. Perinteiset litiumioniakut toimivat -20-+55 ℃ lämpötiloissa. Aloilla, kuten ilmailu-, sotilas- ja sähköajoneuvoissa, vaaditaan kuitenkin, että akku voi toimia normaalisti -40 ℃:ssa. Siksi litiumioniakkujen alhaisen lämpötilan ominaisuuksien parantaminen on erittäin tärkeää.

Raporttien mukaan litiumioniakkujen purkauskapasiteetti -20°C:ssa on vain noin 31,5 % huoneenlämpötilasta. Perinteisten litiumioniakkujen käyttölämpötila on -20~+55 ℃. Ilmailu- ja sotilasteollisuudessa, sähköajoneuvoissa ja muilla aloilla akkujen on kuitenkin toimittava normaalisti -40 °C:ssa. Siksi litiumioniakkujen alhaisen lämpötilan ominaisuuksien parantaminen on erittäin tärkeää.

Litiumioniakkujen suorituskykyä alhaisissa lämpötiloissa rajoittavat tekijät

Litiumioniakkujen suorituskykyä alhaisissa lämpötiloissa rajoittavat tekijät

• Matalissa lämpötiloissa elektrolyytin viskositeetti kasvaa ja jopa osittain jähmettyy, mikä johtaa litiumioniakkujen johtavuuden heikkenemiseen.
• Matalissa lämpötiloissa elektrolyytin viskositeetti kasvaa ja jopa osittain jähmettyy, jolloin litiumioniakkujen johtavuus heikkenee.
  
• Elektrolyytin, negatiivisen elektrodin ja erottimen välinen yhteensopivuus heikkenee matalissa lämpötiloissa.
• Matalissa lämpötiloissa elektrolyytin, negatiivisen elektrodin ja erottimen välinen yhteensopivuus huononee.
  
• Litiumioniakkujen negatiivinen elektrodi matalissa lämpötiloissa kokee voimakasta litiuminsaostumista, ja saostunut metallilitium reagoi elektrolyytin kanssa, mikä johtaa sen tuotteiden laskeutumiseen ja kiinteän elektrolyytin rajapinnan (SEI) paksuuden kasvuun.
• Litium saostuu vakavasti litiumioniakkujen negatiivisesta elektrodista matalissa lämpötiloissa, ja saostunut metallilitium reagoi elektrolyytin kanssa, ja tuotteen kerrostuminen lisää kiinteän elektrolyytin rajapinnan (SEI) paksuutta.
  
• Alhaisissa lämpötiloissa litiumioniakkujen diffuusiojärjestelmä aktiivisessa materiaalissa pienenee ja varauksensiirtoimpedanssi (Rct) kasvaa merkittävästi.
• Alhaisissa lämpötiloissa diffuusiojärjestelmä litiumioniakkujen aktiivisessa materiaalissa heikkenee ja varauksen siirtovastus (Rct) kasvaa merkittävästi.
  

Litium-ioni-akkujen suorituskykyyn alhaisissa lämpötiloissa vaikuttavien tekijöiden tutkiminen

Keskustelu tekijöistä, jotka vaikuttavat litiumioniakkujen suorituskykyyn alhaisessa lämpötilassa

Asiantuntijan mielipide 1: Elektrolyytillä on suurin vaikutus litiumioniakkujen suorituskykyyn matalissa lämpötiloissa, ja elektrolyytin koostumuksella ja fysikaalis-kemiallisilla ominaisuuksilla on suuri vaikutus akkujen suorituskykyyn matalissa lämpötiloissa. Akkujen matalan lämpötilan kierron ongelmana on se, että elektrolyytin viskositeetti kasvaa, ionin johtamisnopeus hidastuu ja elektronien kulkeutumisnopeus ulkoisessa piirissä ei täsmää, mikä johtaa akun vakavaan polarisaatioon ja lataus- ja purkukapasiteetin lasku. Varsinkin matalissa lämpötiloissa ladattaessa litium-ionit voivat helposti muodostaa litiumdendriittejä negatiivisen elektrodin pinnalle, mikä johtaa akun vikaantumiseen.

Asiantuntijalausunto 1: Elektrolyytillä on suurin vaikutus litiumioniakkujen suorituskykyyn matalissa lämpötiloissa. Elektrolyytin koostumuksella ja fysikaalisilla ja kemiallisilla ominaisuuksilla on suuri vaikutus akun suorituskykyyn alhaisessa lämpötilassa. Alhaisissa lämpötiloissa pyörivien akkujen ongelmana on se, että elektrolyytin viskositeetti kasvaa ja ionin johtumisnopeus hidastuu, mikä johtaa ulkoisen piirin elektronien siirtymisnopeuden epäyhtenäisyyteen. Tämän seurauksena akku on vakava polarisoituu ja lataus- ja purkauskapasiteetti pienenee jyrkästi. Erityisesti alhaisissa lämpötiloissa ladattaessa litium-ionit voivat helposti muodostaa litiumdendriittejä negatiivisen elektrodin pinnalle, mikä aiheuttaa akun toimintahäiriön.

Elektrolyytin suorituskyky matalassa lämpötilassa liittyy läheisesti sen omaan johtavuuteen. Korkean johtavuuden omaavat elektrolyytit kuljettavat ioneja nopeasti ja voivat käyttää enemmän kapasiteettia alhaisissa lämpötiloissa. Mitä enemmän litiumsuolat dissosioituvat elektrolyytissä, sitä enemmän tapahtuu migraatiota ja sitä suurempi on johtavuus. Mitä suurempi johtavuus ja nopeampi ionin johtavuusnopeus, sitä pienempi polarisaatio vastaanotetaan ja sitä parempi akun suorituskyky matalissa lämpötiloissa. Siksi korkeampi johtavuus on välttämätön edellytys litiumioniakkujen hyvän suorituskyvyn saavuttamiseksi alhaisissa lämpötiloissa.

Elektrolyytin suorituskyky matalassa lämpötilassa liittyy läheisesti itse elektrolyytin johtavuuteen. Korkean johtavuuden omaava elektrolyytti voi kuljettaa ioneja nopeasti ja käyttää enemmän kapasiteettia alhaisissa lämpötiloissa. Mitä enemmän litiumsuoloja elektrolyytissä dissosioituu, sitä suurempi on migraatioiden määrä ja sitä suurempi johtavuus. Johtavuus on korkea, ja mitä nopeampi ionin johtavuus on, sitä pienempi polarisaatio on ja sitä parempi akun suorituskyky alhaisissa lämpötiloissa. Siksi korkeampi johtavuus on välttämätön edellytys litiumioniakkujen hyvän suorituskyvyn saavuttamiseksi alhaisissa lämpötiloissa.

Elektrolyytin johtavuus liittyy sen koostumukseen, ja liuottimen viskositeetin vähentäminen on yksi tapa parantaa elektrolyytin johtavuutta. Liuottimien hyvä juoksevuus matalissa lämpötiloissa takaa ionien kuljetuksen, ja elektrolyytin muodostama kiinteä elektrolyyttikalvo negatiiviselle elektrodille matalissa lämpötiloissa on myös avaintekijä, joka vaikuttaa litiumionien johtumiseen, ja RSEI on litiumin pääimpedanssi. ioniparistot matalissa lämpötiloissa.

Elektrolyytin johtavuus liittyy elektrolyytin koostumukseen Liuottimen viskositeetin vähentäminen on yksi tapa parantaa elektrolyytin johtavuutta. Liuottimen hyvä juoksevuus matalissa lämpötiloissa varmistaa ionien kuljetuksen, ja elektrolyytin muodostama kiinteä elektrolyyttikalvo negatiiviselle elektrodille matalissa lämpötiloissa on myös avain vaikuttaa litiumionien johtamiseen, ja RSEI on litiumioniakkujen pääimpedanssi matalissa lämpötiloissa.

Asiantuntija 2: Tärkein tekijä, joka rajoittaa litiumioniakkujen suorituskykyä alhaisissa lämpötiloissa, on SEI-kalvon sijaan nopeasti kasvava Li+diffuusioimpedanssi matalissa lämpötiloissa.

Asiantuntija 2: Tärkein tekijä, joka rajoittaa litiumioniakkujen suorituskykyä alhaisissa lämpötiloissa, on Li+-diffuusiovastuksen jyrkkä kasvu matalissa lämpötiloissa, ei SEI-kalvo.

Litiumioniakkujen positiivisten elektrodimateriaalien alhaiset lämpötilaominaisuudet

Litiumioniakun katodimateriaalien alhaiset lämpötilaominaisuudet

1. Kerrostettujen positiivisten elektrodimateriaalien alhaisen lämpötilan ominaisuudet

1. Kerrosrakenteisten katodimateriaalien alhaisen lämpötilan ominaisuudet

Kerrosrakenne, jolla on vertaansa vailla oleva suorituskyky verrattuna yksiulotteisiin litiumionidiffuusiokanaviin ja kolmiulotteisten kanavien rakenteellinen vakaus, on varhaisin kaupallisesti saatavilla oleva litiumioniakkujen positiivinen elektrodimateriaali. Sen edustavia aineita ovat LiCoO2, Li (Co1 xNix) O2 ja Li (Ni, Co, Mn) O2.

Kerroksellisella rakenteella ei ole vain yksiulotteisten litiumionidiffuusiokanavien vertaansa vailla oleva suorituskyky, vaan sillä on myös kolmiulotteisten kanavien rakenteellinen stabiilisuus. Se on varhaisin kaupallinen litiumioniakkukatodimateriaali. Sen edustavia aineita ovat LiCoO2, Li(Co1-xNix)O2 ja Li(Ni,Co,Mn)O2 jne.

Xie Xiaohua et ai. tutki LiCoO2/MCMB:tä ja testasi sen alhaisen lämpötilan lataus- ja purkuominaisuudet.

Xie Xiaohua ja muut käyttivät LiCoO2/MCMB:tä tutkimuskohteena ja testasivat sen alhaisen lämpötilan lataus- ja purkausominaisuuksia.

Tulokset osoittivat, että kun lämpötila laski, purkaustasanne laski 3,762 V:sta (0 ℃) 3,207 V:iin (-30 ℃); Akun kokonaiskapasiteetti on myös laskenut jyrkästi arvosta 78,98 mA · h (0 ℃) arvoon 68,55 mA · h (-30 ℃).

Tulokset osoittavat, että kun lämpötila laskee, sen purkaustaso laskee 3,762 V:sta (0 ℃) 3,207 V:iin (–30 ℃), myös sen kokonaisakun kapasiteetti laskee jyrkästi arvosta 78,98 mA·h (0 ℃) 68,55 mA·h:iin; (–30 °C).

2. Spinellirakenteisten katodimateriaalien alhaisen lämpötilan ominaisuudet

2. Spinellirakenteen katodimateriaalien alhaisen lämpötilan ominaisuudet

Spinellirakenteisen LiMn2O4-katodimateriaalin etuna on alhainen hinta ja myrkyttömyys, koska siinä ei ole Co-elementtiä.

Spinellirakenteen LiMn2O4 katodimateriaali ei sisällä Co-elementtiä, joten sen etuna on alhainen hinta ja myrkyttömyys.

Kuitenkin Mn:n vaihtelevat valenssitilat ja Mn3+ Jahn Teller -ilmiö johtavat tämän komponentin rakenteelliseen epävakauteen ja huonoon palautuvuuteen.

Mn:n vaihteleva valenssitila ja Mn3+:n Jahn-Teller-ilmiö johtavat kuitenkin tämän komponentin rakenteelliseen epävakauteen ja huonoon palautuvuuteen.

Peng Zhengshun et ai. huomautti, että eri valmistusmenetelmillä on suuri vaikutus LiMn2O4-katodimateriaalien sähkökemialliseen suorituskykyyn. Otetaan esimerkkinä Rct: korkean lämpötilan kiinteäfaasimenetelmällä syntetisoidun LiMn2O4:n Rct on merkittävästi suurempi kuin sooligeelimenetelmällä syntetisoidun, ja tämä ilmiö näkyy myös litiumionidiffuusiokertoimessa. Pääsyynä tähän on se, että eri synteesimenetelmillä on merkittävä vaikutus tuotteiden kiteisyyteen ja morfologiaan.

Peng Zhengshun ym. huomauttivat, että eri valmistusmenetelmillä on suurempi vaikutus LiMn2O4-katodimateriaalien sähkökemialliseen suorituskykyyn. Esimerkkinä voidaan mainita Rct:n LiMn2O4:n Rct, joka on syntetisoitu korkean lämpötilan kiinteäfaasimenetelmällä. sooli-geeli -menetelmällä, ja tämä ilmiö esiintyy litiumioneissa. Se näkyy myös diffuusiokertoimessa. Syynä on lähinnä se, että eri synteesimenetelmillä on suurempi vaikutus tuotteen kiteisyyteen ja morfologiaan.

3. Fosfaattijärjestelmän katodimateriaalien alhaisen lämpötilan ominaisuudet

3. Fosfaattijärjestelmän katodimateriaalien ominaisuudet matalassa lämpötilassa

LiFePO4:stä on yhdessä kolmikomponenttisten materiaalien kanssa tullut tärkein positiivinen elektrodimateriaali tehoparistoissa sen erinomaisen tilavuusvakauden ja turvallisuuden ansiosta. 

Spinellirakenteen LiMn2O4 katodimateriaali ei sisällä Co-elementtiä, joten sen etuna on alhainen hinta ja myrkyttömyys.

Litiumrautafosfaatin huono suorituskyky matalassa lämpötilassa johtuu pääasiassa sen materiaalista, joka on eriste, alhaisesta elektronijohtavuudesta, huonosta litiumionidiffuusiosta ja huonosta johtavuudesta matalissa lämpötiloissa, mikä lisää akun sisäistä vastusta ja vaikuttaa suuresti polarisaatioon. , joka estää akun lataamisen ja purkamisen, mikä johtaa epätyydyttävään suorituskykyyn alhaisessa lämpötilassa.

Erinomaisen tilavuusvakauden ja turvallisuutensa ansiosta LiFePO4:stä on yhdessä kolmikomponenttisten materiaalien kanssa tullut virtaakkujen nykyisten katodimateriaalien pääosa. Litiumrautafosfaatin huono suorituskyky matalissa lämpötiloissa johtuu pääasiassa siitä, että materiaali itsessään on eriste, jolla on alhainen elektroninen johtavuus, huono litiumionien diffuusiokyky ja huono johtavuus matalissa lämpötiloissa, mikä lisää akun sisäistä vastusta ja vaikuttaa suuresti Polarisaatio Akun lataus ja purkautuminen on estetty, joten alhainen lämpötila Suorituskyky ei ole ihanteellinen.

Tutkiessaan LiFePO4:n lataus- ja purkauskäyttäytymistä matalissa lämpötiloissa, Gu Yijie et al. havaitsi, että sen Coulombinen hyötysuhde laski 100 %:sta 55 ℃:ssa 96 %:iin 0 ℃:ssa ja 64 %:iin -20 ℃:ssa; Purkausjännite laskee 3,11 V:sta 55 ℃:ssa 2,62 V:iin -20 ℃:ssa.

Kun Gu Yijie et ai. tutkivat LiFePO4:n lataus- ja purkamiskäyttäytymistä matalissa lämpötiloissa, he havaitsivat, että sen Coulombic-tehokkuus laski 100 %:sta 55°C:ssa 96 %:iin -20°C:ssa Purkausjännite putosi 3,11 V:sta 55 °C:ssa. Laskee 2,62 V:iin -20 °C:ssa.

Xing et ai. modifioi LiFePO4:a nanohiilellä ja havaitsi, että nanohiilijohtavien aineiden lisääminen vähensi LiFePO4:n sähkökemiallisen suorituskyvyn herkkyyttä lämpötilalle ja paransi sen suorituskykyä matalassa lämpötilassa; Modifioidun LiFePO4:n purkausjännite laski 3,40 V:sta 25 ℃:sta 3,09 V:iin -25 ℃:ssa, ja se laski vain 9,12 %; Ja sen akun hyötysuhde on 57,3 % -25 ℃:ssa, yli 53,4 % ilman nanohiilijohtavia aineita.

Xing et ai. käyttivät nanohiiltä LiFePO4:n modifioimiseen ja havaitsivat, että LiFePO4:n sähkökemialliset ominaisuudet olivat vähemmän herkkiä lämpötilalle, ja LiFePO4:n purkausjännite nousi 3,40:stä 3,40:een 25 °C:ssa V putosi 3,09 V:iin -25 °C:ssa, vain 9,12 %:n lasku ja sen akun tehokkuus -25 °C:ssa oli 57,3 %, korkeampi kuin 53,4 % ilman johtavaa nanohiiliainetta.

Viime aikoina LiMnPO4 on herättänyt suurta kiinnostusta ihmisten keskuudessa. Tutkimukset ovat osoittaneet, että LiMnPO4:llä on etuja, kuten suuri potentiaali (4,1 V), saastuminen, alhainen hinta ja suuri ominaiskapasiteetti (170 mAh/g). LiMnP04:n alhaisemmasta ioninjohtavuudesta johtuen LiFeP04:ään verrattuna Fe:tä käytetään kuitenkin usein korvaamaan osittain Mn, jolloin muodostuu LiMn0,8Fe0,2PO4-kiinteitä liuoksia käytännössä.

Viime aikoina LiMnPO4 on herättänyt suurta kiinnostusta. Tutkimukset ovat osoittaneet, että LiMnPO4:n etuna on suuri potentiaali (4,1 V), saastuminen, alhainen hinta ja suuri ominaiskapasiteetti (170 mAh/g). LiMnP04:n alhaisemman ioninjohtavuuden vuoksi kuin LiFeP04:n kuitenkin käytetään Fe:tä usein korvaamaan osittain Mn käytännössä LiMn0,8Fe0,2PO4:n kiinteän liuoksen muodostamiseksi.

Litiumioniakkujen negatiivisten elektrodien materiaalien alhaisen lämpötilan ominaisuudet

Litiumioniakun anodimateriaalien ominaisuudet matalassa lämpötilassa

Positiivisiin elektrodimateriaaleihin verrattuna litiumioniakkujen negatiivisten elektrodien materiaalien huonontumisilmiö matalassa lämpötilassa on vakavampi, mikä johtuu pääasiassa seuraavista kolmesta syystä:

Katodimateriaaleihin verrattuna litiumioniakun anodimateriaalien huononeminen alhaisessa lämpötilassa on vakavampaa.

• Matalan lämpötilan nopean latauksen ja purkamisen aikana akun polarisaatio on vakava, ja negatiivisen elektrodin pinnalle kertyy suuri määrä litiummetallia, ja litiummetallin ja elektrolyytin välisillä reaktiotuotteilla ei yleensä ole johtavuutta;
• Ladattaessa ja purettaessa matalissa lämpötiloissa ja suurilla nopeuksilla akku on voimakkaasti polarisoitunut ja negatiivisen elektrodin pinnalle kertyy suuri määrä metallista litiumia, ja metallilitiumin ja elektrolyytin välinen reaktiotuote ei yleensä ole johtava;
  
• Termodynaamisesta näkökulmasta elektrolyytti sisältää suuren määrän polaarisia ryhmiä, kuten C-O ja C-N, jotka voivat reagoida negatiivisten elektrodimateriaalien kanssa, mikä johtaa SEI-kalvoihin, jotka ovat herkempiä alhaisen lämpötilan vaikutuksille;
• Termodynaamisesta näkökulmasta elektrolyytti sisältää suuren määrän polaarisia ryhmiä, kuten C–O ja C–N, jotka voivat reagoida anodimateriaalin kanssa, ja muodostunut SEI-kalvo on herkempi alhaiselle lämpötilalle;
  
• Litiumia on vaikea upottaa hiilinegatiivisiin elektrodeihin matalissa lämpötiloissa, mikä johtaa epäsymmetriseen latautumiseen ja purkamiseen.
• Hiilinegatiivisten elektrodien on vaikea lisätä litiumia alhaisissa lämpötiloissa, ja varauksessa ja purkauksessa on epäsymmetriaa.
  

Matalalämpötilaisten elektrolyyttien tutkimus

Matalan lämpötilan elektrolyytin tutkimus

Elektrolyytillä on rooli Li+in litiumioniakkujen välittämisessä, ja sen ioninjohtavuudella ja SEI-kalvonmuodostuskyvyllä on merkittävä vaikutus akun suorituskykyyn alhaisessa lämpötilassa. Matalissa lämpötiloissa olevien elektrolyyttien laadun arvioimiseksi on kolme pääindikaattoria: ioninjohtavuus, sähkökemiallinen ikkuna ja elektrodien reaktioaktiivisuus. Näiden kolmen indikaattorin taso riippuu suurelta osin niiden ainesosista: liuottimista, elektrolyyteistä (litiumsuolat) ja lisäaineista. Siksi elektrolyytin eri osien alhaisen lämpötilan suorituskyvyn tutkimuksella on suuri merkitys akkujen alhaisen lämpötilan suorituskyvyn ymmärtämisen ja parantamisen kannalta.

Elektrolyytillä on rooli Li+:n kuljettamisessa litiumioniakuissa, ja sen ioninjohtavuudella ja SEI-kalvonmuodostusominaisuuksilla on merkittävä vaikutus akun suorituskykyyn alhaisissa lämpötiloissa. Matalissa lämpötiloissa olevien elektrolyyttien laadun arvioimiseksi on kolme pääindikaattoria: ionijohtavuus, sähkökemiallinen ikkuna ja elektrodien reaktiivisuus. Näiden kolmen indikaattorin tasot riippuvat suurelta osin niiden ainesosista: liuottimesta, elektrolyytistä (litiumsuolaa) ja lisäaineista. Siksi elektrolyytin eri osien alhaisen lämpötilan ominaisuuksien tutkiminen on erittäin tärkeää akun alhaisen lämpötilan suorituskyvyn ymmärtämiseksi ja parantamiseksi.

• Ketjukarbonaatteihin verrattuna EC-pohjaisilla elektrolyyteillä on kompakti rakenne, korkea vuorovaikutusvoima ja korkeampi sulamispiste ja viskositeetti. Pyöreän rakenteen tuoma suuri napaisuus johtaa kuitenkin usein korkeaan dielektrisyysvakioon. EC-liuottimien korkea dielektrisyysvakio, korkea ioninjohtavuus ja erinomainen kalvonmuodostuskyky estävät tehokkaasti liuotinmolekyylien yhteisinsertymisen, mikä tekee niistä välttämättömiä. Siksi yleisimmin käytetyt matalan lämpötilan elektrolyyttijärjestelmät perustuvat EC:hen ja niihin on sekoitettu matalan sulamispisteen pienimolekyylisiä liuottimia.
• Ketjukarbonaatteihin verrattuna EC-pohjaisten elektrolyyttien matalan lämpötilan ominaisuudet ovat syklisten karbonaattien tiukka rakenne, voimakas voima ja korkeampi sulamispiste ja viskositeetti. Rengasrakenteen tuoma suuri napaisuus tekee kuitenkin siitä usein suuren dielektrisyysvakion. EC-liuottimien suuri dielektrisyysvakio, korkea ioninjohtavuus ja erinomaiset kalvoa muodostavat ominaisuudet estävät tehokkaasti liuotinmolekyylien yhteissyöttöä, joten ne ovat välttämättömiä molekyylin liuotin, jolla on alhainen sulamispiste.
  
• Litiumsuolat ovat tärkeä osa elektrolyyttejä. Elektrolyyttien litiumsuolat voivat parantaa liuoksen ioninjohtavuutta, mutta myös vähentää Li+:n diffuusioetäisyyttä liuoksessa. Yleisesti ottaen mitä suurempi Li+-pitoisuus liuoksessa on, sitä suurempi on sen ioninjohtavuus. Litiumionien pitoisuus elektrolyytissä ei kuitenkaan korreloi lineaarisesti litiumsuolojen pitoisuuden kanssa, vaan sillä on parabolinen muoto. Tämä johtuu siitä, että litiumionien pitoisuus liuottimessa riippuu liuottimessa olevien litiumsuolojen dissosiaatio- ja assosiaatiovoimakkuudesta.

• Litiumsuola on tärkeä elektrolyytin komponentti. Elektrolyytissä oleva litiumsuola ei voi ainoastaan ​​lisätä liuoksen ioninjohtavuutta, vaan myös vähentää Li+:n diffuusioetäisyyttä liuoksessa. Yleisesti ottaen mitä suurempi Li+-pitoisuus liuoksessa on, sitä suurempi on sen ionijohtavuus. Litiumionikonsentraatio elektrolyytissä ei kuitenkaan ole lineaarisesti suhteessa litiumsuolakonsentraatioon, vaan se on parabolinen. Tämä johtuu siitä, että litiumionien konsentraatio liuottimessa riippuu liuottimessa olevan litiumsuolan dissosioitumisen ja assosioitumisen voimakkuudesta.

  
  

Matalalämpötilaisten elektrolyyttien tutkimus

Matalan lämpötilan elektrolyytin tutkimus

Itse akun koostumuksen lisäksi myös prosessitekijät käytännön toiminnassa voivat vaikuttaa merkittävästi akun suorituskykyyn.

Itse akun koostumuksen lisäksi myös prosessitekijät todellisessa käytössä vaikuttavat suuresti akun suorituskykyyn.

(1) Valmisteluprosessi. Yaqub et ai. tutki elektrodien kuormituksen ja pinnoitteen paksuuden vaikutusta LiNi0,6Co0,2Mn0,2O2/grafiittiakkujen suorituskykyyn alhaisissa lämpötiloissa ja havaitsi, että kapasiteetin säilyttämisen kannalta mitä pienempi elektrodin kuormitus ja ohuempi pinnoitekerros, sitä parempi se on. suorituskyky alhaisessa lämpötilassa.

(1) Valmisteluprosessi. Yaqub et ai. tutkivat elektrodien kuormituksen ja pinnoitteen paksuuden vaikutuksia LiNi0,6Co0,2Mn0,2O2/grafiittiakkujen suorituskykyyn alhaisessa lämpötilassa ja havaitsivat, että kapasiteetin säilyttämisen kannalta mitä pienempi on elektrodin kuormitus ja ohuempi pinnoitekerros. , sitä parempi suorituskyky matalassa lämpötilassa.

(2) Lataus- ja purkutila. Petzl et ai. tutki matalan lämpötilan lataus- ja purkausolosuhteiden vaikutusta akkujen kiertoikään ja havaitsi, että kun purkaussyvyys on suuri, se aiheuttaa merkittävää kapasiteetin menetystä ja lyhentää syklin käyttöikää.

(2) Lataus- ja purkaustila. Petzl ym. tutkivat alhaisen lämpötilan lataus- ja purkaustilojen vaikutusta akun käyttöikään ja havaitsivat, että kun purkaussyvyys on suuri, se aiheuttaa suuremman kapasiteetin menetyksen ja lyhentää syklin käyttöikää.

(3) Muut tekijät. Pinta-ala, huokoskoko, elektrodin tiheys, elektrodin ja elektrolyytin välinen kostuvuus ja erotin vaikuttavat kaikki litiumioniakkujen suorituskykyyn alhaisessa lämpötilassa. Lisäksi materiaali- ja prosessivirheiden vaikutusta akkujen suorituskykyyn alhaisissa lämpötiloissa ei voida jättää huomiotta.

(3) Muut tekijät. Pinta-ala, huokoskoko, elektrodin elektrodin tiheys, elektrodin ja elektrolyytin kostuvuus ja erotin vaikuttavat kaikki litiumioniakkujen suorituskykyyn alhaisessa lämpötilassa. Lisäksi materiaali- ja prosessivikojen vaikutusta akkujen suorituskykyyn alhaisissa lämpötiloissa ei voida jättää huomiotta.

Yhteenveto

Tee yhteenveto

Litiumioniakkujen alhaisen lämpötilan suorituskyvyn varmistamiseksi seuraavat asiat on suoritettava hyvin:

(1) Muodostaa ohuen ja tiheän SEI-kalvon;

(2) Varmista, että Li+:lla on korkea diffuusiokerroin vaikuttavassa aineessa;

(3) Elektrolyyteillä on korkea ioninjohtavuus matalissa lämpötiloissa.

Lisäksi tutkimuksessa voidaan ottaa erilainen lähestymistapa ja keskittyä toisen tyyppisiin litiumioniakkuihin - kaikkiin solid-state-litiumioniakkuihin. Perinteisiin litiumioniakkuihin verrattuna kaikkien solid-state-litiumioniakkujen, erityisesti kaikkien solid-state-ohutkalvo-litiumioniakkujen, odotetaan ratkaisevan täydellisesti alhaisissa lämpötiloissa käytettävien akkujen kapasiteetin heikkenemiseen ja pyöräilyturvallisuuteen liittyvät ongelmat.

Litiumioniakkujen alhaisen lämpötilan suorituskyvyn varmistamiseksi on tehtävä seuraavat seikat:

(1) Muodosta ohut ja tiheä SEI-kalvo;

(2) Varmista, että Li+:lla on suuri diffuusiokerroin aktiivisessa materiaalissa;

(3) Elektrolyytillä on korkea ioninjohtavuus matalissa lämpötiloissa.

Lisäksi tutkimus voi myös löytää toisen tavan keskittyä toisen tyyppisiin litiumioniakkuihin ja täysin kiinteään litiumioniakkuihin. Verrattuna perinteisiin litiumioniakkuihin, täysin solid-state-litiumioniakkujen, erityisesti täysin solid-state-ohutkalvolitiumioniakkujen, odotetaan ratkaisevan täydellisesti kapasiteetin heikkenemis- ja syklin turvallisuuteen liittyvät ongelmat. matalat lämpötilat.