Кышында литий батареянын иштешинин себептери

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - ተንቀሳቃሽ የኃይል ጣቢያ አቅራቢ

Рынокко киргенден бери, литий-иондук батарейкалар, алардын узак өмүр, чоң өзгөчө кубаттуулугу, эч кандай эс таасири, алардын артыкчылыктары көп колдонулган. Литий-иондук батарейканын төмөнкү температурасы төмөн, катуу алсыздык, начар цикл чоңойтуу жана айкын литий көрүнүшү жана литий дисбалансынын бузулушу. Бирок, тиркеме тынымсыз кеңейип жаткандыктан, литий-иондук батарейкалардын төмөнкү температуралык көрсөткүчтөрүн чектөө көбөйүүдө.

Маалыматтарга ылайык, литий-иондук батареянын разряд кубаттуулугу -20 ° C бөлмө температурасында болжол менен 31,5% ды түзөт. Кадимки литий-иондук батарейканын иштөө температурасы -20дан + 55 ° Cга чейин.

Бирок, аэрокосмостук, атайын, электрдик унаалар ж. Ошондуктан литий-иондук батарейкалардын төмөнкү температуралык касиеттерин жакшыртуу чоң мааниге ээ.

Литий-иондук батарейкаларды чектеген факторлордо электролиттин илешкектүүлүгү көбөйөт, ал тургай жарым-жартылай катып калат, натыйжада литий-иондук батареянын температурасы төмөн болуп, литий-иондук батареянын өткөргүчтүгү төмөндөйт. Электролит менен терс электрод менен диафрагманын ортосундагы шайкештик төмөн температура чөйрөсүндө начарлайт. Төмөн температурадагы чөйрөдө литий-иондук батареянын терс электроду катуу нөшөрлөп, чөккөн металл литий электролит менен реакцияга кирип, продукттун чөгүүсү катуу абалдагы электролит интерфейсинин (SEI) калыңдыгын жогорулатат.

 Литий-иондук батарейкалар төмөнкү температура чөйрөсүндө активдүү заттын ички диффузиялык системасында төмөндөйт, ал эми заряд өткөрүү импедансы (RCT) кыйла жогорулайт Литий-иондук батарейкалардын төмөнкү температуралык көрсөткүчтөрүн аныктоочу боюнча талкуу: Электролит литий-иондук батарейкалардын төмөнкү температуралык көрсөткүчтөрүнө маанилүү таасир этет, электролиттин курамы жана материализациясы касиеттери батареянын төмөн температурасына маанилүү таасир этет. Батареянын төмөнкү температурасынын көйгөйү: электролиттин илешкектүүлүгү чоң болот, ион өткөрүү ылдамдыгы жай, натыйжада тышкы чынжырдын электрон миграциясынын ылдамдыгы пайда болот, ошондуктан батареянын поляризациясы катуу болуп, заряддоо жана разряддык кубаттуулугу кескин төмөндөйт.

Өзгөчө төмөн температурада заряддоодо литий иондору терс электроддун бетинде оңой эле литий делеграсын түзүшү мүмкүн, натыйжада батарея иштебей калат. Электролиттин төмөнкү температуралык көрсөткүчтөрү электролиттин чоңдугу менен тыгыз байланышта жана электр өткөргүчтүгү ионунун өтүшү тез жана төмөнкү температурада көбүрөөк кубаттуулукту көрсөтүүгө болот. Электролитте литий туздары канчалык көп болсо, миграциянын саны ошончолук көп болсо, өткөргүчтүк ошончолук жогору болот.

Электр өткөрүмдүүлүктүн ылдамдыгы, ион өткөргүчтүгү канчалык тез болсо, поляризация ошончолук азыраак болсо, батареянын төмөнкү температурада иштөөсү ошончолук жакшы болот. Ошондуктан, жогорку өткөрүмдүүлүк литий-иондук батарейкалардын жакшы төмөн температура көрсөткүчтөрүнө жетүү үчүн зарыл шарт болуп саналат. Электролиттин электр өткөрүмдүүлүгү электролиттин курамына байланыштуу, ал эми эриткичтин илешкектүүлүгү электролиттин электр өткөрүмдүүлүгүнүн жолун жакшыртуу болуп саналат.

Эриткичтин суюктугу эриткичтин төмөнкү температурасында жакшы, ионду ташуу кепилдиги болуп саналат, ал эми төмөнкү температурадагы электролиттеги электролит тарабынан түзүлгөн катуу электролит мембранасы да литий ионунун өткөрүмдүүлүгүнө таасир этүүчү ачкыч болуп саналат жана RSEI төмөн температура чөйрөсүндө литий-иондук батареянын негизги импедансы болуп саналат. Эксперт 2: Литий-иондук батарейкалардын төмөнкү температурада иштөөсүнүн негизги факторун чектөө төмөнкү температурада LI + диффузиялык импеданстын кескин өсүшү, бирок SEI пленкасы эмес. Литий-иондук батарейканын оң материалдарынын төмөнкү температуралык мүнөздөмөлөрү - 1 - катмарлуу структуранын төмөнкү температуралык мүнөздөмөлөрү Позитивдүү материалдардын катмарлуу түзүлүшү теңдеши жок бир өлчөмдүү литий-иондук диффузиялык каналга ээ жана үч өлчөмдүү каналдын биринчи коммерциялык структурасынын туруктуулугуна ээ.

Анын өкүлү заттарга LiiCoO2, Li (CO1-XNIX) O2 жана Li (Ni, Co, Mn) O кирет.2 Xie Xiaohua жана башкалар. LiCoo2 / MCMB изилдөө объектилери катары алып, анын төмөн температурадагы заряддоо өзгөчөлүктөрүн сынап көрдү.

 Натыйжалар көрсөткөндөй, температура төмөндөгөн сайын разряд платформасы 3,762V (0°C) 3,207V (-30°C) чейин төмөндөйт; анын батарейканын жалпы сыйымдуулугу да 78ден кыскарган.

98mA · ч (0 ° C) 68,55mA · ч (-30 ° C) - 2 - шпинель структурасынын оң материалынын төмөнкү температуралык мүнөздөмөлөрү Шпинелдин түзүлүшү LiMn2O4 оң материалы, эң сонун баасына байланыштуу, ко-элементтин эсебинен уулуу эмес артыкчылыктарга карабастан, Mn валенттүү тиштүү көп өзгөрүү жана Mn3 + JAHN-Teller эффектиси, натыйжада структуралык туруксуз жана кайтарымсыз айырмачылыктар сыяктуу көйгөйлөр пайда болот.

 Peng Zhengshun, LiMn2O4 оң электрод материалдарынын электрохимиялык көрсөткүчтөрү чоң экенин көрсөтүп, RCT мисал катары колдонулат: жогорку температурада катуу фазада синтезделген LIMN2O4 RCT sol gel ыкмасына караганда бир кыйла жогору жана бул кубулуш литий ионунда да чагылдырылган. Мунун себеби, негизинен, ар кандай синтетикалык ыкмалар продуктунун кристаллдуулугуна жана морфологиясына чоң таасирин тийгизет. - 3 - LIFEPO4 фосфат системасынын оң электроддук материалынын төмөнкү температуралык мүнөздөмөлөрү, анын эң сонун көлөмүнүн туруктуулугу жана коопсуздугу жана үчтүк материалдан улам учурдагы электр батареясынын оң материалынын негизги органы болуп калды.

Темир фосфатынын төмөнкү температурага туруктуулугу, негизинен, материалдын өзү изолятор, электрон өткөрүмдүүлүгү төмөн, литий ионунун диффузиясы начар, ошондуктан батареянын ички каршылыгы күчөйт, поляризациясы жогору, батареянын заряды жана разряды бөгөттөлөт, андыктан төмөн температура Performance идеалдуу эмес. Valley Yidi ж.б., LifePO4тин заряддоо жана разряддык жүрүм-турумун төмөн температурада изилдеп жатканда, Кулен эффективдүүлүгү 96% 64% жана -20 ° C 55 ° C 0 ° C, ал эми разряд чыңалуу 55 ° C 3 түзөт.

11V. -20 ° C чейин жеткирүү 2.62V.

 XING ж.б., ачылыш, нанокарбон өткөрүүчү агенттер кошулгандан кийин, LiFePO4 электрохимиялык касиеттери азайып, төмөн температура көрсөткүчтөрү жакшырган; 3,40 В модификациялангандан кийин LiFePO4 разрядынын чыңалуусу -25°Сде 3,09 В чейин төмөндөдү, төмөндөө болгону 9 болду.

12%; жана анын батарейканын эффективдүүлүгү 57,3% түздү, бул нанокөмүртектүү эмес электрдик агенттен 53,4% жогору -25 ° C.

 Жакында LIMNPO4 элдин кызыгуусун жаратты. Изилдөө LIMNPO4 жогорку потенциалдуу артыкчылыктарга ээ (4.1V), булганышы жок, арзан баада, чоң өзгөчө кубаттуулукка ээ (170mAh / г).

Бирок, LIMNPO4 LiFePO4 төмөн иондук өткөрүмдүүлүк төмөн болгондуктан, ал LiMn0.8Fe0.2PO4 катуу эритмесин түзүү үчүн Mn иш жүзүндө алмаштырууда колдонулат.

 Литий-иондук батарейканын терс электроддук материалынын төмөнкү температуралык мүнөздөмөлөрү оң электрод материалына салыштырмалуу олуттуураак, ал эми литий-иондук батареянын терс электроддук материалынын төмөн температуранын начарлашы олуттуураак, негизинен төмөнкү үч себеп.: Батарея өтө поляризацияланганда, төмөн температурада жогорку чоңойтуу заряддалып, разряддалат, ал эми терс беттик металл литий чөктүрүлүп, металл литий менен электролиттин реакция продуктусу жалпысынан электр өткөрүмдүүлүккө ээ эмес; термодинамикалык бурчтан, электролит CO, CN изоляты көп сандагы камтыйт жана терс электрод материал менен жооп бере алат, жана түзүлгөн SEI тасмасы төмөн температурага көбүрөөк сезгич болуп саналат; Көмүртек терс электрод төмөн температурада литий литий үчүн кыйын жана заряд жана разряддын асимметриясы бар Литий-иондук батарейканын изилдөө электролит электролит электролит электролит иондук өткөргүчтүгү жана SEI пленка түзүү касиеттери батареянын төмөн температура көрсөткүчүнө олуттуу таасирин тийгизет. Төмөн температурадагы электролит өтө детро деп бааланат, үч негизги көрсөткүчү бар: иондук өткөргүчтүк, электрохимиялык терезелер жана электроддук реактивдүүлүк.

Бул үч көрсөткүчтүн деңгээли негизинен анын курамына жараша болот: эриткич, электролит (литий тузу), кошумча. Демек, электролиттин ар бир бөлүгүнүн төмөнкү температуралык көрсөткүчтөрүн изилдөө батареянын төмөнкү температуралык энергиясын түшүнүү жана жакшыртуу үчүн чоң мааниге ээ. чынжыр карбонат салыштырмалуу EC негизделген электролит төмөн температура мүнөздөмөлөрү, циклдик карбонат түзүлүшү бекем, жогорку, жогорку эрүү чекити жана илешкектүүлүгү бар.

Бирок, шакекчелүү түзүлүш алып келген чоң полярдуулук көп учурда чоң диэлектрдик туруктуулукка ээ. EC эриткичтин чоң диэлектрдик туруктуулугу, жогорку ион өткөрүмдүүлүгү, мыкты пленка түзүү көрсөткүчү бар, эриткичтин молекуласынын биргелешип киришине натыйжалуу жол бербейт, ошондуктан ал алмаштырылгыс позиция болуп саналат, андыктан негизинен төмөн температурадагы электролиттик эритме системалары чоң, анан аралаш Төмөн эрүүчү чакан молекула эриткич Литий тузу электролиттин маанилүү курамы болуп саналат.

Литий тузу электролиттеги эритменин иондук өткөрүмдүүлүгүн гана жакшыртпастан, ошондой эле эритмедеги Li+ диффузиялык аралыкты азайта алат. Жалпысынан, эритмедеги Li+ концентрациясы канчалык чоң болсо, ион өткөрүмдүүлүк ошончолук чоң болот. Бирок электролиттеги литий ионунун концентрациясынын концентрациясы сызыктуу корреляциялык эмес, параболикалык.

Себеби, эриткичтеги литий ионунун концентрациясынын концентрациясы литий тузунун эриткичте эришине жана бирикменин күчтүүлүгүнө жараша болот. Төмөн температурадагы электролитти изилдөө иш жүзүндө түзүлгөн батареядан тышкары, батареянын иштеши да батареянын иштешине чоң таасирин тийгизиши мүмкүн Даярдоо процесси.

YaquB жана башкалар. lini0.6co0 төмөн температура аткаруу боюнча электрод жүк жана каптоо жоондугу боюнча изилдөө.

2 mn0.2O2 / графит батарейкасы, сыйымдуулукту кармоо коэффициенти боюнча, электроддун жүгү канчалык аз болсо, каптоо катмары жукараак болсо, төмөн температуранын көрсөткүчү ошончолук жакшы болот  Заряддоо жана разряд абалы.

Петцл ж.б., Төмөн температурадагы заряддын жана батареянын циклинин иштешинин таасири, разряддын тереңдиги чоң болгондо, кубаттуулуктун чоң жоготууга алып келиши жана циклдин иштөө мөөнөтү азайарын аныкташкан. Башка факторлор.

Литий-иондук батарейканын төмөнкү температуралык көрсөткүчтөрүнө таасир этүүчү электроддун бетинин аянты, диафрагма, электрод тыгыздыгы, электроддун жана электролиттин нымдуулугу жана ушул сыяктуулар. Мындан тышкары, материалдар жана процесстердеги кемчиликтердин батареянын төмөн температуралык көрсөткүчүнө тийгизген таасирин эске албай коюуга болбойт Корутунду Литий-иондук батарейканын төмөнкү температурада иштешин камсыз кылуу үчүн, сиз төмөнкүлөрдү кылышыңыз керек: ичке жана тыгыз SEI пленка түзүү; Li + активдүү заттын чоң диффузиялык коэффициентине ээ болушун камсыз кылуу; Электролит төмөнкү температурада жогорку иондук өткөрүмдүүлүккө ээ.

 Мындан тышкары, изилдөө дагы литий-иондук батарейканын башка түрүнө - толук катуу литий-иондук батарейкага башка мамиле жасай алат. Кадимки литий-иондук батарейкаларга салыштырмалуу, бардык катуу абалдагы литий-иондук батарейкалар, өзгөчө толук катуу жука пленкадагы литий-иондук батарейкалар, кубаттуулуктун начарлашы көйгөйүн жана төмөнкү температурада колдонулган циклдин коопсуздук маселелерин толугу менен чечет деп күтүлүүдө.