En ambientes de baja temperatura, el rendimiento de la batería de iones de litio no es ideal. Cuando las baterías de iones de litio de uso común funcionan a -10 ° C, su capacidad máxima de carga y descarga y el voltaje del terminal se reducirán significativamente en comparación con la temperatura normal [6], cuando la temperatura de descarga cae a -20 ° C, la capacidad disponible Incluso puede reducirse a 1/3 a temperatura ambiente de 25 ° C, cuando la temperatura de descarga es más baja, algunas baterías de litio ni siquiera pueden cargar y descargar actividades, entrando en un estado de "batería agotada".
1, Las características de las baterías de iones de litio a bajas temperaturas.
(1) Macroscópico
Los cambios característicos de la batería de iones de litio a baja temperatura son los siguientes: con la disminución continua de la temperatura, la resistencia óhmica y la resistencia de polarización aumentan en diferentes grados; El voltaje de descarga de la batería de iones de litio es inferior al de la temperatura normal. Cuando se carga y descarga a baja temperatura, su voltaje de funcionamiento aumenta o disminuye más rápido que a temperatura normal, lo que resulta en una disminución significativa en su capacidad y potencia máximas utilizables.
(2) Microscópicamente
Los cambios de rendimiento de las baterías de iones de litio a bajas temperaturas se deben principalmente a la influencia de los siguientes factores importantes. Cuando la temperatura ambiente es inferior a -20 ℃, el electrolito líquido se solidifica, su viscosidad aumenta bruscamente y su conductividad iónica disminuye. La difusión de iones de litio en materiales de electrodos positivos y negativos es lenta; El ion litio es difícil de desolvatar, su transmisión en la película SEI es lenta y la impedancia de transferencia de carga aumenta. El problema de las dendritas de litio es especialmente prominente a bajas temperaturas.
2, Para resolver el rendimiento a baja temperatura de las baterías de iones de litio.
Diseñar un nuevo sistema de líquido electrolítico para cumplir con el ambiente de baja temperatura; Mejorar la estructura de los electrodos positivo y negativo para acelerar la velocidad de transmisión y acortar la distancia de transmisión; Controle la interfaz de electrolito sólido positiva y negativa para reducir la impedancia.
(1) aditivos de electrolitos
En general, el uso de aditivos funcionales es una de las formas más efectivas y económicas de mejorar el rendimiento de la batería a bajas temperaturas y ayudar a formar la película SEI ideal. En la actualidad, los principales tipos de aditivos son los aditivos a base de isocianato, los aditivos a base de azufre, los aditivos de líquidos iónicos y los aditivos de sales de litio inorgánicas.
Por ejemplo, los aditivos a base de azufre de sulfito de dimetilo (DMS), con actividad reductora adecuada, y debido a que sus productos de reducción y su unión de iones de litio son más débiles que el sulfato de vinilo (DTD), aliviar el uso de aditivos orgánicos aumentará la impedancia de la interfaz, para construir una Conductividad iónica más estable y mejor de la película de interfaz del electrodo negativo. Los ésteres de sulfito representados por el sulfito de dimetilo (DMS) tienen una constante dieléctrica alta y un amplio rango de temperaturas de funcionamiento.
(2) El disolvente del electrolito.
El electrolito tradicional de una batería de iones de litio consiste en disolver 1 mol de hexafluorofosfato de litio (LiPF6) en un disolvente mixto, como EC, PC, VC, DMC, carbonato de metiletilo (EMC) o carbonato de dietilo (DEC), donde la composición de el disolvente, el punto de fusión, la constante dieléctrica, la viscosidad y la compatibilidad con la sal de litio afectarán seriamente la temperatura de funcionamiento de la batería. En la actualidad, el electrolito comercial es fácil de solidificar cuando se aplica a un ambiente de baja temperatura de -20 ℃ o menos, la baja constante dieléctrica hace que la sal de litio sea difícil de disociar y la viscosidad es demasiado alta para hacer que la resistencia interna de la batería sea baja. plataforma de voltaje. Las baterías de iones de litio pueden tener un mejor rendimiento a baja temperatura optimizando la proporción de disolvente existente, por ejemplo, optimizando la formulación del electrolito (EC:PC:EMC=1:2:7) de modo que el electrodo negativo de TiO2(B)/grafeno tenga A Capacidad de ~240 mAh h g-1 a -20 ℃ y densidad de corriente de 0,1 A g-1. O desarrollar nuevos disolventes electrolíticos de baja temperatura. El bajo rendimiento de las baterías de iones de litio a bajas temperaturas se relaciona principalmente con la lenta desolvatación del Li+ durante el proceso de incrustación del Li+ en el material del electrodo. Se pueden seleccionar sustancias con baja energía de unión entre Li+ y moléculas de disolvente, como 1, 3-dioxopentileno (DIOX), y se utiliza titanato de litio a nanoescala como material de electrodo para ensamblar la batería de prueba para compensar el coeficiente de difusión reducido del Material del electrodo a temperaturas ultrabajas, para lograr un mejor rendimiento a baja temperatura.
(3) sal de litio
En la actualidad, el ion LiPF6 comercial tiene alta conductividad, altos requisitos de humedad en el medio ambiente, mala estabilidad térmica y gases nocivos como el HF en la reacción del agua son fáciles de causar riesgos para la seguridad. La película de electrolito sólido producida por borato de difluoroxalato de litio (LiODFB) es lo suficientemente estable y tiene un mejor rendimiento a bajas temperaturas y un rendimiento de mayor velocidad. Esto se debe a que LiODFB tiene las ventajas tanto del borato de dioxalato de litio (LiBOB) como del LiBF4.
3. Resumen
El rendimiento a baja temperatura de las baterías de iones de litio se verá afectado por muchos aspectos, como los materiales de los electrodos y los electrolitos. La mejora integral desde múltiples perspectivas, como los materiales de los electrodos y los electrolitos, puede promover la aplicación y el desarrollo de baterías de iones de litio, y las perspectivas de aplicación de las baterías de litio son buenas, pero la tecnología debe desarrollarse y perfeccionarse en futuras investigaciones.
Hora de publicación: 27-jul-2023