Trong môi trường nhiệt độ thấp, hiệu suất của pin lithium-ion không lý tưởng.Khi pin lithium-ion thông dụng hoạt động ở -10°C, khả năng sạc, xả tối đa và điện áp đầu cực của chúng sẽ giảm đáng kể so với nhiệt độ bình thường [6], khi nhiệt độ phóng điện giảm xuống -20°C, dung lượng khả dụng sẽ thậm chí giảm xuống 1/3 ở nhiệt độ phòng 25 ° C, khi nhiệt độ xả thấp hơn, một số pin lithium thậm chí không thể hoạt động sạc và xả, rơi vào trạng thái "hết pin".
1, Đặc điểm của pin lithium-ion ở nhiệt độ thấp
(1) Vĩ mô
Những thay đổi đặc tính của pin lithium-ion ở nhiệt độ thấp như sau: khi nhiệt độ giảm liên tục, điện trở ohmic và điện trở phân cực tăng ở các mức độ khác nhau;Điện áp phóng điện của pin lithium-ion thấp hơn nhiệt độ bình thường.Khi sạc và xả ở nhiệt độ thấp, điện áp hoạt động của nó tăng hoặc giảm nhanh hơn ở nhiệt độ bình thường, dẫn đến công suất và điện năng sử dụng tối đa của nó giảm đáng kể.
(2) Dưới kính hiển vi
Sự thay đổi hiệu suất của pin lithium-ion ở nhiệt độ thấp chủ yếu là do ảnh hưởng của các yếu tố quan trọng sau.Khi nhiệt độ môi trường thấp hơn -20oC, chất điện phân lỏng sẽ đông đặc lại, độ nhớt của nó tăng mạnh và độ dẫn ion của nó giảm.Sự khuếch tán ion lithium trong vật liệu điện cực dương và âm chậm;Ion lithium khó bị phân hủy và khả năng truyền của nó trong màng SEI chậm và trở kháng truyền điện tích tăng lên.Vấn đề dendrite lithium đặc biệt nổi bật ở nhiệt độ thấp.
2, Để giải quyết hiệu suất nhiệt độ thấp của pin lithium-ion
Thiết kế hệ thống chất lỏng điện phân mới đáp ứng môi trường nhiệt độ thấp;Cải thiện cấu trúc điện cực dương và âm để tăng tốc độ truyền và rút ngắn khoảng cách truyền;Kiểm soát giao diện chất điện phân rắn dương và âm để giảm trở kháng.
(1) phụ gia điện giải
Nhìn chung, việc sử dụng các chất phụ gia chức năng là một trong những cách hiệu quả và tiết kiệm nhất để cải thiện hiệu suất hoạt động ở nhiệt độ thấp của pin và giúp hình thành màng SEI lý tưởng.Hiện nay, các loại phụ gia chính là phụ gia gốc isocyanate, phụ gia gốc lưu huỳnh, phụ gia lỏng ion và phụ gia muối lithium vô cơ.
Ví dụ, các chất phụ gia dựa trên lưu huỳnh dimethyl sulfite (DMS), có hoạt tính khử thích hợp và do các sản phẩm khử và liên kết ion lithium của nó yếu hơn vinyl sulfat (DTD), việc giảm bớt việc sử dụng các chất phụ gia hữu cơ sẽ làm tăng trở kháng giao diện, để xây dựng một Độ dẫn ion ổn định hơn và tốt hơn của màng giao diện điện cực âm.Các este sulfite được đại diện bởi dimethyl sulfite (DMS) có hằng số điện môi cao và phạm vi nhiệt độ hoạt động rộng.
(2) Dung môi của chất điện phân
Chất điện phân pin lithium-ion truyền thống là hòa tan 1 mol lithium hexafluorophosphate (LiPF6) vào dung môi hỗn hợp, chẳng hạn như EC, PC, VC, DMC, methyl ethyl cacbonat (EMC) hoặc diethyl cacbonat (DEC), trong đó thành phần của dung môi, điểm nóng chảy, hằng số điện môi, độ nhớt và khả năng tương thích với muối lithium sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến nhiệt độ hoạt động của pin.Hiện nay, chất điện phân thương mại rất dễ hóa rắn khi sử dụng trong môi trường nhiệt độ thấp từ -20oC trở xuống, hằng số điện môi thấp khiến muối lithium khó phân ly và độ nhớt quá cao khiến điện trở trong của pin thấp. nền tảng điện áp.Pin lithium-ion có thể có hiệu suất ở nhiệt độ thấp tốt hơn bằng cách tối ưu hóa tỷ lệ dung môi hiện có, chẳng hạn như bằng cách tối ưu hóa công thức chất điện phân (EC:PC:EMC=1:2:7) để điện cực âm TiO2(B)/graphene có A công suất ~240 mA h g-1 ở -20oC và mật độ dòng điện 0,1 A g-1.Hoặc phát triển các dung môi điện phân nhiệt độ thấp mới.Hiệu suất kém của pin lithium-ion ở nhiệt độ thấp chủ yếu liên quan đến sự phân hủy chậm của Li+ trong quá trình nhúng Li+ vào vật liệu điện cực.Các chất có năng lượng liên kết thấp giữa Li+ và các phân tử dung môi, chẳng hạn như 1, 3-dioxopentylene (DIOX), có thể được chọn và lithium titanate có kích thước nano được sử dụng làm vật liệu điện cực để lắp ráp thử nghiệm pin để bù cho hệ số khuếch tán giảm của vật liệu điện cực ở nhiệt độ cực thấp, để đạt được hiệu suất nhiệt độ thấp tốt hơn.
(3) muối liti
Hiện nay, ion LiPF6 thương mại có độ dẫn điện cao, yêu cầu độ ẩm trong môi trường cao, độ ổn định nhiệt kém và các khí xấu như HF trong phản ứng nước dễ gây nguy hiểm về an toàn.Màng điện phân rắn được sản xuất bởi lithium Difluoroxalate borat (LiODFB) đủ ổn định và có hiệu suất nhiệt độ thấp tốt hơn và hiệu suất tốc độ cao hơn.Điều này là do LiODFB có những ưu điểm của cả lithium dioxalate borat (LiBOB) và LiBF4.
3. Tóm tắt
Hiệu suất ở nhiệt độ thấp của pin lithium-ion sẽ bị ảnh hưởng bởi nhiều khía cạnh như vật liệu điện cực và chất điện phân.Cải tiến toàn diện từ nhiều khía cạnh như vật liệu điện cực và chất điện phân có thể thúc đẩy ứng dụng và phát triển pin lithium-ion, triển vọng ứng dụng của pin lithium là tốt, nhưng công nghệ này cần được phát triển và hoàn thiện trong các nghiên cứu tiếp theo.
Thời gian đăng: 27-07-2023