हिवाळ्यात लिथियम बॅटरीची क्षमता का कमी होते?

हिवाळ्यात लिथियम बॅटरीची क्षमता का कमी होते?

बाजारात प्रवेश केल्यापासून, लिथियम-आयन बॅटऱ्या त्यांच्या फायद्यांमुळे मोठ्या प्रमाणावर वापरल्या जात आहेत जसे की दीर्घ आयुष्य, मोठी विशिष्ट क्षमता आणि स्मरणशक्तीचा प्रभाव नाही. लिथियम-आयन बॅटरीच्या कमी तापमानाच्या वापरामध्ये कमी क्षमता, तीव्र क्षीणता, खराब सायकल दर कामगिरी, स्पष्ट लिथियम उत्क्रांती आणि असमतोल लिथियम काढणे आणि अंतर्भूत करणे यासारख्या समस्या आहेत. तथापि, ऍप्लिकेशन फील्डच्या सतत विस्ताराने, लिथियम-आयन बॅटरीच्या खराब कमी-तापमान कार्यक्षमतेमुळे आणलेल्या अडचणी वाढत्या प्रमाणात स्पष्ट होत आहेत.

अहवालानुसार, लिथियम-आयन बॅटरीची -20 डिग्री सेल्सियसची डिस्चार्ज क्षमता खोलीच्या तापमानाच्या फक्त 31.5% आहे. पारंपारिक लिथियम-आयन बॅटरी -20~+55 ℃ दरम्यानच्या तापमानात काम करतात. तथापि, एरोस्पेस, लष्करी आणि इलेक्ट्रिक वाहनांसारख्या क्षेत्रात, बॅटरी सामान्यपणे -40 ℃ वर कार्य करू शकते हे आवश्यक आहे. म्हणून, लिथियम-आयन बॅटरीचे कमी-तापमान गुणधर्म सुधारणे खूप महत्वाचे आहे.

लिथियम-आयन बॅटरीचे कमी-तापमान कार्यप्रदर्शन प्रतिबंधित करणारे घटक

• कमी-तापमानाच्या वातावरणात, इलेक्ट्रोलाइटची चिकटपणा वाढतो आणि अगदी अंशतः घट्ट होतो, ज्यामुळे लिथियम-आयन बॅटरीची चालकता कमी होते.
• इलेक्ट्रोलाइट, नकारात्मक इलेक्ट्रोड आणि विभाजक यांच्यातील सुसंगतता कमी-तापमानाच्या वातावरणात बिघडते.
• कमी-तापमानाच्या वातावरणात लिथियम-आयन बॅटरीच्या नकारात्मक इलेक्ट्रोडला तीव्र लिथियम पर्जन्याचा अनुभव येतो आणि प्रक्षेपित धातूचा लिथियम इलेक्ट्रोलाइटसह प्रतिक्रिया देतो, परिणामी त्याची उत्पादने जमा होतात आणि घन इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेस (SEI) ची जाडी वाढते.
• कमी-तापमानाच्या वातावरणात, सक्रिय सामग्रीमध्ये लिथियम-आयन बॅटरीची प्रसार प्रणाली कमी होते आणि चार्ज ट्रान्सफर प्रतिबाधा (Rct) लक्षणीय वाढते.

तज्ञांचे मत 1: लिथियम-आयन बॅटरीच्या कमी-तापमान कार्यक्षमतेवर इलेक्ट्रोलाइटचा सर्वात मोठा प्रभाव असतो आणि इलेक्ट्रोलाइटची रचना आणि भौतिक-रासायनिक गुणधर्मांचा बॅटरीच्या कमी-तापमानाच्या कार्यक्षमतेवर महत्त्वपूर्ण प्रभाव पडतो. बॅटरीच्या कमी-तापमान सायकल चालवताना येणारी समस्या अशी आहे की इलेक्ट्रोलाइटची चिकटपणा वाढते, आयन वहन गती कमी होते आणि बाह्य सर्किटमध्ये इलेक्ट्रॉनच्या स्थलांतराचा वेग जुळत नाही, परिणामी बॅटरीचे तीव्र ध्रुवीकरण होते आणि तीक्ष्ण ध्रुवीकरण होते. चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग क्षमतेत घट. विशेषतः कमी तापमानात चार्जिंग करताना, लिथियम आयन सहजपणे नकारात्मक इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागावर लिथियम डेंड्राइट्स तयार करू शकतात, ज्यामुळे बॅटरी अपयशी ठरते.

इलेक्ट्रोलाइटची कमी-तापमान कामगिरी त्याच्या स्वतःच्या चालकतेशी जवळून संबंधित आहे. उच्च चालकता असलेले इलेक्ट्रोलाइट्स त्वरीत वाहतूक आयन करतात आणि कमी तापमानात अधिक क्षमतेचा वापर करू शकतात. इलेक्ट्रोलाइटमध्ये जितके जास्त लिथियम लवण विलग होतात, तितके अधिक स्थलांतर होते आणि चालकता जास्त असते. चालकता जितकी जास्त असेल आणि आयन वहन दर जितका जलद असेल तितके कमी ध्रुवीकरण प्राप्त होईल आणि कमी तापमानात बॅटरीचे कार्यप्रदर्शन चांगले होईल. म्हणून, लिथियम-आयन बॅटरीची कमी-तापमानाची चांगली कामगिरी साध्य करण्यासाठी उच्च चालकता ही एक आवश्यक अट आहे.

इलेक्ट्रोलाइटची चालकता त्याच्या संरचनेशी संबंधित आहे आणि सॉल्व्हेंटची चिकटपणा कमी करणे हा इलेक्ट्रोलाइटची चालकता सुधारण्याचा एक मार्ग आहे. कमी तापमानात सॉल्व्हेंट्सची चांगली तरलता ही आयन वाहतुकीची हमी असते आणि कमी तापमानात नकारात्मक इलेक्ट्रोडवर इलेक्ट्रोलाइटद्वारे तयार होणारी घन इलेक्ट्रोलाइट फिल्म देखील लिथियम आयन वहन प्रभावित करणारा एक महत्त्वाचा घटक आहे आणि RSEI हा लिथियमचा मुख्य अडथळा आहे. कमी-तापमान वातावरणात आयन बॅटरी.

तज्ञ 2: लिथियम-आयन बॅटरीच्या कमी-तापमान कार्यक्षमतेवर मर्यादा घालणारा मुख्य घटक म्हणजे SEI झिल्लीऐवजी कमी तापमानात झपाट्याने वाढणारा Li+ प्रसार प्रतिबाधा.

लिथियम-आयन बॅटरीसाठी सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीची कमी तापमान वैशिष्ट्ये

1. स्तरित सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीची कमी तापमान वैशिष्ट्ये

एक-आयामी लिथियम-आयन प्रसार वाहिन्यांच्या तुलनेत अतुलनीय दर कामगिरीसह स्तरित रचना आणि त्रिमितीय चॅनेलची संरचनात्मक स्थिरता, लिथियम-आयन बॅटरीसाठी सर्वात जुनी व्यावसायिकदृष्ट्या उपलब्ध सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री आहे. त्याच्या प्रतिनिधी पदार्थांमध्ये LiCoO2, Li (Co1 xNix) O2 आणि Li (Ni, Co, Mn) O2 यांचा समावेश होतो.

Xie Xiaohua et al. LiCoO2/MCMB चा अभ्यास केला आणि त्याची कमी-तापमान चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग वैशिष्ट्ये तपासली.

परिणामांवरून असे दिसून आले की जसजसे तापमान कमी झाले तसतसे डिस्चार्ज पठार 3.762V (0 ℃) वरून 3.207V (-30 ℃) पर्यंत कमी झाले; एकूण बॅटरी क्षमता देखील 78.98mA · h (0 ℃) वरून 68.55mA · h (-30 ℃) पर्यंत कमी झाली आहे.

2. स्पिनल संरचित कॅथोड सामग्रीची कमी तापमान वैशिष्ट्ये

स्पिनल स्ट्रक्चर्ड LiMn2O4 कॅथोड मटेरियलमध्ये Co घटक नसल्यामुळे कमी किमतीचे आणि गैर विषारीपणाचे फायदे आहेत.

तथापि, Mn ची व्हेरिएबल व्हॅलेन्स अवस्था आणि Mn3+ च्या जाह्न टेलर प्रभावामुळे संरचनात्मक अस्थिरता आणि या घटकाची खराब उलटता येते.

पेंग झेंगशुन इ. वेगवेगळ्या तयारी पद्धतींचा LiMn2O4 कॅथोड मटेरियलच्या इलेक्ट्रोकेमिकल कार्यक्षमतेवर मोठा प्रभाव पडतो. उदाहरण म्हणून Rct घ्या: उच्च-तापमान सॉलिड फेज पद्धतीद्वारे संश्लेषित LiMn2O4 चे Rct सोल जेल पद्धतीने संश्लेषित केलेल्या पेक्षा लक्षणीयरीत्या जास्त आहे आणि ही घटना लिथियम आयन प्रसार गुणांकामध्ये देखील दिसून येते. याचे मुख्य कारण म्हणजे विविध संश्लेषण पद्धतींचा उत्पादनांच्या स्फटिकता आणि आकारविज्ञानावर महत्त्वपूर्ण प्रभाव पडतो.

3. फॉस्फेट सिस्टम कॅथोड सामग्रीचे कमी तापमान वैशिष्ट्ये

LiFePO4, तिन्ही सामग्रीसह, उत्कृष्ट व्हॉल्यूम स्थिरता आणि सुरक्षिततेमुळे पॉवर बॅटरीसाठी मुख्य सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री बनली आहे. लिथियम आयर्न फॉस्फेटची खराब कमी-तापमान कामगिरी मुख्यत्वे त्याच्या सामग्रीमुळे इन्सुलेटर, कमी इलेक्ट्रॉनिक चालकता, खराब लिथियम आयन प्रसार आणि कमी तापमानात खराब चालकता आहे, ज्यामुळे बॅटरीची अंतर्गत प्रतिकारशक्ती वाढते आणि ध्रुवीकरणामुळे मोठ्या प्रमाणात प्रभावित होते. , बॅटरीच्या चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंगमध्ये अडथळा आणते, परिणामी कमी-तापमानाची असमाधानकारक कामगिरी होते.

कमी तापमानात LiFePO4 च्या चार्ज आणि डिस्चार्ज वर्तनाचा अभ्यास करताना, Gu Yijie et al. असे आढळले की त्याची कूलॉम्बिक कार्यक्षमता अनुक्रमे 55 ℃ वर 100% वरून 0 ℃ वर 96% आणि -20 ℃ वर 64% पर्यंत कमी झाली आहे; डिस्चार्ज व्होल्टेज 55 ℃ वर 3.11V वरून -20 ℃ वर 2.62V पर्यंत कमी होते.

झिंग वगैरे. नॅनोकार्बन वापरून LiFePO4 सुधारित केले आणि असे आढळले की नॅनोकार्बन प्रवाहकीय घटक जोडल्याने LiFePO4 च्या इलेक्ट्रोकेमिकल कार्यक्षमतेची तापमानात संवेदनशीलता कमी झाली आणि त्याची कमी-तापमान कामगिरी सुधारली; सुधारित LiFePO4 चे डिस्चार्ज व्होल्टेज 3.40V वरून 25 ℃ वर 3.09V वरून -25 ℃ वर कमी झाले, फक्त 9.12% कमी झाले; आणि त्याची बॅटरी कार्यक्षमता -25 ℃ वर 57.3% आहे, नॅनोकार्बन प्रवाहकीय घटकांशिवाय 53.4% ​​पेक्षा जास्त आहे.

अलीकडे, LiMnPO4 ने लोकांमध्ये तीव्र आस्था निर्माण केली आहे. संशोधनात असे आढळून आले आहे की LiMnPO4 चे फायदे आहेत जसे की उच्च क्षमता (4.1V), प्रदूषण नाही, कमी किंमत आणि मोठी विशिष्ट क्षमता (170mAh/g). तथापि, LiFePO4 च्या तुलनेत LiMnPO4 ची कमी आयनिक चालकता असल्यामुळे, व्यवहारात LiMn0.8Fe0.2PO4 सॉलिड सोल्यूशन्स तयार करण्यासाठी Fe चा उपयोग Mn अंशतः बदलण्यासाठी केला जातो.

लिथियम-आयन बॅटरीसाठी नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीची कमी तापमान वैशिष्ट्ये