ความคืบหน้าของการพัฒนาเทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมพลังงานอุณหภูมิต่ำ

ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพทางเทคนิคและวัสดุของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่เตรียมที่อุณหภูมิต่ำนั้นอยู่ในระดับสูง การเสื่อมประสิทธิภาพอย่างรุนแรงของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำนั้นเกิดจากความต้านทานภายในที่เพิ่มขึ้น ซึ่งนำไปสู่ความยากลำบากในการแพร่กระจายของอิเล็กโทรไลต์และอายุการใช้งานของวงจรเซลล์สั้นลง ดังนั้นการวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีแบตเตอรี่พลังงานอุณหภูมิต่ำจึงมีความก้าวหน้าในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอุณหภูมิสูงแบบดั้งเดิมมีประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิสูงต่ำ และประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ยังคงไม่เสถียรภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำ เซลล์อุณหภูมิต่ำจำนวนมาก ความจุต่ำ และประสิทธิภาพของวงจรอุณหภูมิต่ำต่ำ โพลาไรเซชันจะแข็งแกร่งกว่าที่อุณหภูมิต่ำมากกว่าที่อุณหภูมิสูง ความหนืดที่เพิ่มขึ้นของอิเล็กโทรไลต์ที่อุณหภูมิต่ำส่งผลให้จำนวนรอบการชาร์จ/คายประจุลดลง ลดความปลอดภัยของเซลล์และลดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่อุณหภูมิต่ำ และลดประสิทธิภาพในการใช้งานที่อุณหภูมิต่ำ นอกจากนี้ อายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่สั้นที่อุณหภูมิต่ำและความเสี่ยงด้านความปลอดภัยของเซลล์อุณหภูมิต่ำได้ก่อให้เกิดข้อกำหนดใหม่ด้านความปลอดภัยของแบตเตอรี่ที่ให้พลังงาน ดังนั้น การพัฒนาวัสดุแบตเตอรี่พลังงานที่มีความเสถียร ปลอดภัย เชื่อถือได้ และมีอายุการใช้งานยาวนานสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำจึงเป็นจุดสนใจของการวิจัยเกี่ยวกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอุณหภูมิต่ำ ปัจจุบันมีวัสดุแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอุณหภูมิต่ำหลายชนิด: (1) วัสดุแอโนดโลหะลิเธียม: โลหะลิเธียมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในยานพาหนะไฟฟ้าเนื่องจากมีความเสถียรทางเคมีสูง ค่าการนำไฟฟ้าสูง และประสิทธิภาพการชาร์จและคายประจุที่อุณหภูมิต่ำ; (2) วัสดุแอโนดคาร์บอนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในยานพาหนะไฟฟ้าเนื่องจากมีความต้านทานความร้อนได้ดี ประสิทธิภาพของวงจรอุณหภูมิต่ำ ค่าการนำไฟฟ้าต่ำ และวงจรชีวิตที่อุณหภูมิต่ำที่อุณหภูมิต่ำ (3) วัสดุแอโนดคาร์บอนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในยานพาหนะไฟฟ้าเนื่องจากมีความต้านทานความร้อนได้ดี ประสิทธิภาพของวงจรอุณหภูมิต่ำ ค่าการนำไฟฟ้าต่ำ และอายุการใช้งานของวงจรที่อุณหภูมิต่ำ ใน; (3) อิเล็กโทรไลต์อินทรีย์มีประสิทธิภาพดีที่อุณหภูมิต่ำ (4) อิเล็กโทรไลต์โพลีเมอร์: โซ่โมเลกุลโพลีเมอร์ค่อนข้างสั้นและมีความสัมพันธ์สูง (5) วัสดุอนินทรีย์: โพลีเมอร์อนินทรีย์มีพารามิเตอร์ประสิทธิภาพที่ดี (การนำไฟฟ้า) และความเข้ากันได้ดีระหว่างกิจกรรมของอิเล็กโทรไลต์ (6) โลหะออกไซด์มีน้อย (7) วัสดุอนินทรีย์: โพลีเมอร์อนินทรีย์ ฯลฯ

อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียมขึ้นอยู่กับกระบวนการคายประจุเป็นหลัก ในขณะที่อุณหภูมิต่ำเป็นปัจจัยที่มีผลกระทบต่ออายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์ลิเธียมมากขึ้น โดยปกติแล้ว ภายใต้สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำ พื้นผิวของแบตเตอรี่จะเกิดการเปลี่ยนเฟส ทำให้โครงสร้างพื้นผิวเสียหาย ตามมาด้วยความจุและความจุของเซลล์ที่ลดลง ภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูง ก๊าซจะถูกสร้างขึ้นในเซลล์ ซึ่งจะเร่งการแพร่กระจายความร้อน ภายใต้อุณหภูมิต่ำ ก๊าซไม่สามารถระบายออกทันเวลา เร่งการเปลี่ยนเฟสของของเหลวแบตเตอรี่ ยิ่งอุณหภูมิต่ำลง ก็จะเกิดก๊าซมากขึ้น และการเปลี่ยนเฟสของของเหลวในแบตเตอรี่ก็จะช้าลง ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงวัสดุภายในของแบตเตอรี่จึงมีความรุนแรงและซับซ้อนมากขึ้นภายใต้อุณหภูมิต่ำ และง่ายต่อการสร้างก๊าซและของแข็งภายในวัสดุแบตเตอรี่ ในเวลาเดียวกัน อุณหภูมิต่ำจะนำไปสู่ปฏิกิริยาทำลายล้าง เช่น การแตกของพันธะเคมีที่ไม่สามารถกลับคืนสภาพเดิมได้ที่จุดเชื่อมต่อระหว่างวัสดุแคโทดและอิเล็กโทรไลต์ นอกจากนี้ยังจะนำไปสู่การลดการประกอบตัวเองของอิเล็กโทรไลต์และอายุการใช้งานของวงจรอีกด้วย ความสามารถในการถ่ายโอนประจุลิเธียมไอออนไปยังอิเล็กโทรไลต์จะลดลง กระบวนการชาร์จและการคายประจุจะทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่หลายชุด เช่น ปรากฏการณ์โพลาไรเซชันระหว่างการถ่ายโอนประจุลิเธียมไอออน ความจุของแบตเตอรี่ลดลง และการปล่อยความเครียดภายใน ซึ่งส่งผลต่ออายุการใช้งานและความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและฟังก์ชันอื่นๆ ยิ่งอุณหภูมิต่ำที่อุณหภูมิต่ำ ปฏิกิริยาการทำลายล้างต่างๆ จะรุนแรงและซับซ้อนมากขึ้น เช่น ปฏิกิริยารีดอกซ์บนพื้นผิวแบตเตอรี่ การแพร่กระจายความร้อน การเปลี่ยนเฟสภายในเซลล์ และแม้กระทั่งการทำลายล้างโดยสิ้นเชิง ก็จะกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ต่อเนื่องกัน เช่น อิเล็กโทรไลต์ การประกอบตัวเอง ยิ่งความเร็วของปฏิกิริยาช้าลง ความจุของแบตเตอรี่ก็จะยิ่งรุนแรงมากขึ้น และความสามารถในการเคลื่อนย้ายประจุลิเธียมไอออนที่อุณหภูมิสูงก็จะยิ่งแย่ลง