ประสิทธิภาพอุณหภูมิต่ำของแบตเตอรี่ลิเธียม

ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำ ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนไม่เหมาะ เมื่อแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้กันทั่วไปทำงานที่อุณหภูมิ -10 ° C ความสามารถในการชาร์จและคายประจุสูงสุดและแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต่อจะลดลงอย่างมากเมื่อเทียบกับอุณหภูมิปกติ [6] เมื่ออุณหภูมิคายประจุลดลงถึง -20 ° C ความจุที่มีอยู่จะ แม้จะลดลงเหลือ 1/3 ที่อุณหภูมิห้อง 25 ° C เมื่ออุณหภูมิคายประจุลดลง แบตเตอรี่ลิเธียมบางก้อนไม่สามารถชาร์จและคายประจุกิจกรรมได้ เข้าสู่สถานะ "แบตเตอรี่หมด"

1 ลักษณะของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่อุณหภูมิต่ำ
(1) มหภาค
การเปลี่ยนแปลงลักษณะของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่อุณหภูมิต่ำมีดังนี้: เมื่ออุณหภูมิลดลงอย่างต่อเนื่อง ความต้านทานโอห์มมิกและความต้านทานโพลาไรเซชันจะเพิ่มขึ้นในองศาที่ต่างกัน แรงดันคายประจุของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนต่ำกว่าอุณหภูมิปกติ เมื่อทำการชาร์จและการคายประจุที่อุณหภูมิต่ำ แรงดันไฟฟ้าในการทำงานจะเพิ่มขึ้นหรือลดลงเร็วกว่าอุณหภูมิปกติ ส่งผลให้ความจุและกำลังไฟสูงสุดที่ใช้งานได้ลดลงอย่างมาก

(2) ด้วยกล้องจุลทรรศน์
การเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่อุณหภูมิต่ำมีสาเหตุหลักมาจากอิทธิพลของปัจจัยสำคัญดังต่อไปนี้ เมื่ออุณหภูมิแวดล้อมต่ำกว่า -20°C อิเล็กโทรไลต์ของเหลวจะแข็งตัว ความหนืดจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และค่าการนำไฟฟ้าไอออนิกจะลดลง การแพร่กระจายของลิเธียมไอออนในวัสดุอิเล็กโทรดบวกและลบช้า ลิเธียมไอออนเป็นเรื่องยากที่จะละลาย และการส่งผ่านในฟิล์ม SEI นั้นช้า และความต้านทานการถ่ายโอนประจุเพิ่มขึ้น ปัญหาลิเธียมเดนไดรต์จะเด่นชัดเป็นพิเศษที่อุณหภูมิต่ำ

2 เพื่อแก้ปัญหาประสิทธิภาพอุณหภูมิต่ำของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน
ออกแบบระบบของเหลวด้วยไฟฟ้าใหม่เพื่อให้ตรงตามสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำ ปรับปรุงโครงสร้างอิเล็กโทรดบวกและลบเพื่อเร่งความเร็วในการส่งและลดระยะการส่ง; ควบคุมส่วนต่อประสานอิเล็กโทรไลต์โซลิดเชิงบวกและเชิงลบเพื่อลดความต้านทาน

(1) สารเติมแต่งอิเล็กโทรไลต์
โดยทั่วไป การใช้สารเติมแต่งเชิงฟังก์ชันเป็นหนึ่งในวิธีที่มีประสิทธิภาพและประหยัดที่สุดในการปรับปรุงประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำของแบตเตอรี่ และช่วยสร้างฟิล์ม SEI ในอุดมคติ ปัจจุบันสารเติมแต่งประเภทหลัก ได้แก่ สารเติมแต่งที่มีไอโซไซยาเนต สารเติมแต่งที่มีกำมะถัน สารเติมแต่งของเหลวไอออนิก และสารเติมแต่งเกลือลิเธียมอนินทรีย์

ตัวอย่างเช่น สารเติมแต่งที่มีซัลเฟอร์เป็นไดเมทิลซัลไฟต์ (DMS) โดยมีฤทธิ์รีดิวซ์ที่เหมาะสม และเนื่องจากผลิตภัณฑ์รีดิวซ์และการจับกับลิเธียมไอออนนั้นอ่อนกว่าไวนิลซัลเฟต (DTD) การบรรเทาการใช้สารเติมแต่งอินทรีย์จะเพิ่มความต้านทานของส่วนต่อประสาน เพื่อสร้าง การนำไฟฟ้าไอออนิกมีเสถียรภาพมากขึ้นและดีกว่าของฟิล์มอินเทอร์เฟซขั้วลบ ซัลไฟต์เอสเทอร์ที่แสดงโดยไดเมทิลซัลไฟต์ (DMS) มีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสูงและมีช่วงอุณหภูมิการทำงานที่กว้าง

(2) ตัวทำละลายของอิเล็กโทรไลต์
อิเล็กโทรไลต์แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบดั้งเดิมคือการละลายลิเธียมเฮกซาฟลูออโรฟอสเฟต (LiPF6) 1 โมลลงในตัวทำละลายผสม เช่น EC, PC, VC, DMC, เมทิลเอทิลคาร์บอเนต (EMC) หรือไดเอทิลคาร์บอเนต (DEC) โดยมีองค์ประกอบของ ตัวทำละลาย จุดหลอมเหลว ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก ความหนืด และความเข้ากันได้กับเกลือลิเธียมจะส่งผลร้ายแรงต่ออุณหภูมิการทำงานของแบตเตอรี่ ในปัจจุบัน อิเล็กโทรไลต์เชิงพาณิชย์สามารถแข็งตัวได้ง่ายเมื่อนำไปใช้กับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำที่ -20 ℃ และต่ำกว่า ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำทำให้เกลือลิเธียมแยกตัวได้ยาก และความหนืดสูงเกินไปที่จะทำให้ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่และต่ำ แพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้า แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสามารถมีประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิต่ำได้ดีขึ้นโดยการปรับอัตราส่วนตัวทำละลายที่มีอยู่ให้เหมาะสม เช่น โดยการปรับสูตรอิเล็กโทรไลต์ (EC:PC:EMC=1:2:7) เพื่อให้ TiO2(B)/ อิเล็กโทรดลบกราฟีนมี A ความจุ ~240 mA h g-1 ที่ -20°C และความหนาแน่นกระแส 0.1 A g-1 หรือพัฒนาตัวทำละลายอิเล็กโทรไลต์อุณหภูมิต่ำใหม่ ประสิทธิภาพที่ไม่ดีของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่อุณหภูมิต่ำส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการละลายของ Li+ อย่างช้าในระหว่างกระบวนการ Li+ ที่ฝังอยู่ในวัสดุอิเล็กโทรด สามารถเลือกสารที่มีพลังงานยึดเหนี่ยวต่ำระหว่าง Li+ และโมเลกุลของตัวทำละลาย เช่น 1, 3-ไดออกโซเพนทิลีน (DIOX) ได้ และลิเธียมไททาเนตระดับนาโนถูกใช้เป็นวัสดุอิเล็กโทรดในการประกอบการทดสอบแบตเตอรี่เพื่อชดเชยค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายที่ลดลงของ วัสดุอิเล็กโทรดที่อุณหภูมิต่ำเป็นพิเศษเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำดีขึ้น

(3) เกลือลิเธียม
ปัจจุบัน ไอออน LiPF6 เชิงพาณิชย์มีค่าการนำไฟฟ้าสูง มีความต้องการความชื้นสูงในสิ่งแวดล้อม เสถียรภาพทางความร้อนต่ำ และก๊าซที่ไม่ดี เช่น HF ในปฏิกิริยาน้ำ ทำให้เกิดอันตรายด้านความปลอดภัยได้ง่าย ฟิล์มอิเล็กโทรไลต์แข็งที่ผลิตโดยลิเธียมไดฟลูออโรออกซาเลตบอเรต (LiODFB) มีความเสถียรเพียงพอและมีประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำดีกว่าและประสิทธิภาพในอัตราที่สูงกว่า เนื่องจาก LiODFB มีข้อดีของทั้งลิเธียมไดออกซาเลตบอเรต (LiBOB) และ LiBF4

3. สรุป
ประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิต่ำของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะได้รับผลกระทบจากหลายแง่มุม เช่น วัสดุอิเล็กโทรดและอิเล็กโทรไลต์ การปรับปรุงที่ครอบคลุมจากหลายมุมมอง เช่น วัสดุอิเล็กโทรดและอิเล็กโทรไลต์สามารถส่งเสริมการใช้งานและการพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน และโอกาสในการใช้แบตเตอรี่ลิเธียมนั้นดี แต่เทคโนโลยีจำเป็นต้องได้รับการพัฒนาและปรับปรุงให้สมบูรณ์แบบในการวิจัยเพิ่มเติม