Con el rápido desarrollo de los vehículos eléctricos en todo el mundo, el tamaño del mercado de vehículos eléctricos alcanzó el billón de dólares en 2020 y seguirá creciendo a un ritmo de más del 20% anual en el futuro.Por lo tanto, como los vehículos eléctricos son un medio de transporte importante, los requisitos de rendimiento de las baterías eléctricas serán cada vez más altos y no se debe ignorar el impacto del deterioro de la batería en el rendimiento de las baterías eléctricas en entornos de baja temperatura.Las principales razones del deterioro de la batería en entornos de baja temperatura son: primero, la baja temperatura afecta la pequeña resistencia interna de la batería, el área de difusión térmica es grande y la resistencia interna de la batería aumenta.En segundo lugar, la batería dentro y fuera de la capacidad de transferencia de carga es pobre, la deformación de la batería ocurrirá cuando la polarización local irreversible.En tercer lugar, la baja temperatura del movimiento molecular del electrolito es lenta y difícil de difundir a tiempo cuando la temperatura aumenta.Por lo tanto, el deterioro de la batería a baja temperatura es grave y provoca una grave degradación del rendimiento de la batería.
1. El estado de la tecnología de batería de baja temperatura.
Los requisitos técnicos y de rendimiento de los materiales de las baterías de iones de litio preparadas a bajas temperaturas son elevados.La grave degradación del rendimiento de la batería de iones de litio en entornos de baja temperatura se debe al aumento de la resistencia interna, lo que dificulta la difusión del electrolito y acorta la vida útil del ciclo de la celda.Por lo tanto, la investigación sobre la tecnología de baterías de baja temperatura ha logrado algunos avances en los últimos años.Las baterías tradicionales de iones de litio de alta temperatura tienen un rendimiento deficiente a altas temperaturas y su rendimiento aún es inestable en condiciones de baja temperatura;gran volumen de celdas de baja temperatura, baja capacidad y rendimiento deficiente del ciclo de baja temperatura;la polarización es significativamente más fuerte a bajas temperaturas que a altas temperaturas;el aumento de la viscosidad del electrolito a baja temperatura conduce a una reducción del número de ciclos de carga/descarga;reducción de la seguridad de las celdas y reducción de la duración de la batería a baja temperatura;y rendimiento reducido en uso a baja temperatura.Además, el corto ciclo de vida de la batería a baja temperatura y los riesgos de seguridad de las celdas de baja temperatura han planteado nuevos requisitos para la seguridad de las baterías eléctricas.Por lo tanto, el desarrollo de materiales de baterías de energía estables, seguros, confiables y de larga duración para entornos de baja temperatura es el foco de la investigación sobre baterías de iones de litio de baja temperatura.En la actualidad, existen varios materiales para baterías de iones de litio de baja temperatura: (1) materiales de ánodo de metal de litio: el metal de litio se usa ampliamente en vehículos eléctricos debido a su alta estabilidad química, alta conductividad eléctrica y rendimiento de carga y descarga a baja temperatura;(2) los materiales de ánodo de carbono se utilizan ampliamente en vehículos eléctricos debido a su buena resistencia al calor, rendimiento del ciclo de baja temperatura, baja conductividad eléctrica y ciclo de vida a baja temperatura;(3) los materiales de ánodo de carbono se utilizan ampliamente en vehículos eléctricos debido a su buena resistencia al calor, rendimiento del ciclo a baja temperatura, baja conductividad eléctrica y ciclo de vida a baja temperatura.en;(3) los electrolitos orgánicos tienen buen rendimiento a baja temperatura;(4) electrolitos poliméricos: las cadenas moleculares poliméricas son relativamente cortas y tienen alta afinidad;(5) materiales inorgánicos: los polímeros inorgánicos tienen buenos parámetros de rendimiento (conductividad) y buena compatibilidad entre la actividad de los electrolitos;(6) los óxidos metálicos son menores;(7) materiales inorgánicos: polímeros inorgánicos, etc.
2 、 El efecto del ambiente de baja temperatura en la batería de litio
El ciclo de vida de las baterías de litio depende principalmente del proceso de descarga, mientras que la baja temperatura es un factor que tiene un mayor impacto en la vida útil de los productos de litio.Por lo general, en ambientes de baja temperatura, la superficie de la batería sufrirá un cambio de fase que provocará daños en la estructura de la superficie, acompañados de una reducción de la capacidad y de la capacidad de la celda.En condiciones de alta temperatura, se genera gas en la celda, lo que acelerará la difusión térmica;a baja temperatura, el gas no se puede descargar a tiempo, lo que acelera el cambio de fase del líquido de la batería;cuanto más baja es la temperatura, más gas se genera y más lento es el cambio de fase del líquido de la batería.Por tanto, el cambio de material interno de la batería es más drástico y complejo a baja temperatura, y es más fácil generar gases y sólidos dentro del material de la batería;al mismo tiempo, la baja temperatura provocará una serie de reacciones destructivas, como la rotura irreversible de enlaces químicos en la interfaz entre el material del cátodo y el electrolito;también conducirá a la reducción del autoensamblaje y el ciclo de vida del electrolito;se reducirá la capacidad de transferencia de carga de iones de litio al electrolito;El proceso de carga y descarga provocará una serie de reacciones en cadena, como el fenómeno de polarización durante la transferencia de carga de iones de litio, la disminución de la capacidad de la batería y la liberación de tensión interna, lo que afecta el ciclo de vida y la densidad de energía de las baterías de iones de litio y otras funciones.Cuanto menor sea la temperatura a baja temperatura, más intensas y complejas serán las diversas reacciones destructivas, como la reacción redox en la superficie de la batería, la difusión térmica, el cambio de fase dentro de la celda e incluso la destrucción completa, que a su vez desencadenará una serie de reacciones en cadena, como la del electrolito. En el autoensamblaje, cuanto más lenta sea la velocidad de reacción, más grave será la caída de la capacidad de la batería y peor será la capacidad de migración de la carga de iones de litio a altas temperaturas.
3. La baja temperatura influye en el progreso de las perspectivas de investigación de la tecnología de baterías de litio.
En entornos de baja temperatura, la seguridad, el ciclo de vida y la estabilidad de la temperatura de la celda de la batería se verán afectados, y no se puede ignorar el impacto de la baja temperatura en la vida útil de las baterías de litio.En la actualidad, la investigación y el desarrollo de la tecnología de baterías de baja temperatura que utilizan diafragmas, electrolitos, materiales de electrodos positivos y negativos y otros métodos han logrado algunos avances.En el futuro, el desarrollo de la tecnología de baterías de litio de baja temperatura debería mejorarse desde los siguientes aspectos: (1) el desarrollo de un sistema de material de batería de litio con alta densidad de energía, larga vida útil, baja atenuación, tamaño pequeño y bajo costo a baja temperatura. ;(2) mejora continua del control de la resistencia interna de la batería mediante el diseño estructural y la tecnología de preparación de materiales;(3) en el desarrollo de sistemas de baterías de litio de alta capacidad y bajo costo, se debe prestar atención a los aditivos de electrolitos, las interfaces de iones de litio y ánodos y cátodos y el material activo interno y otros factores clave que influyen;(4) mejorar el rendimiento del ciclo de la batería (carga y descarga de energía específica), la estabilidad térmica de la batería en ambientes de baja temperatura, la seguridad de las baterías de litio en ambientes de baja temperatura y otras direcciones de desarrollo de tecnología de baterías;(5) desarrollar soluciones de sistemas de baterías de energía de alto rendimiento de seguridad, alto costo y bajo costo en condiciones de baja temperatura;(6) desarrollar productos relacionados con baterías de baja temperatura y promover su aplicación;(7) desarrollar tecnología de dispositivos y materiales para baterías de alto rendimiento y resistentes a bajas temperaturas.
Por supuesto, además de las direcciones de investigación anteriores, también hay muchas direcciones de investigación para mejorar aún más el rendimiento de la batería en condiciones de baja temperatura, mejorar la densidad de energía de las baterías de baja temperatura, reducir la degradación de la batería en entornos de baja temperatura, extender la vida útil de la batería y otras investigaciones. progreso;pero la cuestión más importante es cómo lograr un alto rendimiento, alta seguridad, bajo costo, alto alcance, larga vida útil y la comercialización de baterías de bajo costo en condiciones de baja temperatura es la investigación actual que debe centrarse en abrirse paso y resolver el problema.
Hora de publicación: 22-nov-2022