हिवाळ्यात लिथियम बॅटरीची क्षमता का कमी होते?

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.

लिथियम-आयन बॅटरी बाजारात आल्यापासून, दीर्घ आयुष्य, मोठी विशिष्ट क्षमता आणि स्मरणशक्तीचा प्रभाव नसणे यासारख्या फायद्यांमुळे त्यांचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जात आहे. कमी तापमानात वापरल्या जाणाऱ्या लिथियम-आयन बॅटरीमध्ये कमी क्षमता, गंभीर क्षीणता, खराब सायकल रेट कामगिरी, स्पष्ट लिथियम पर्जन्य आणि असंतुलित लिथियम डीइंटरकलेशन आणि डिंटरकलेशन यासारख्या समस्या असतात. तथापि, जसजसे ऍप्लिकेशन फील्डचा विस्तार होत आहे, तसतसे लिथियम-आयन बॅटरीच्या खराब कमी-तापमान कार्यक्षमतेमुळे निर्माण होणारे अडथळे अधिकाधिक स्पष्ट झाले 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.

अहवालानुसार, -20°C वर लिथियम-आयन बॅटरीची डिस्चार्ज क्षमता खोलीच्या तापमानाच्या फक्त 31.5% आहे. पारंपारिक लिथियम-आयन बॅटरीचे ऑपरेटिंग तापमान -20~+55℃ दरम्यान असते. तथापि, एरोस्पेस, लष्करी उद्योग, इलेक्ट्रिक वाहने आणि इतर क्षेत्रांमध्ये, बॅटरींना सामान्यपणे -40 डिग्री सेल्सिअस तापमानात काम करणे आवश्यक आहे. म्हणून, लिथियम-आयन बॅटरीचे कमी-तापमान गुणधर्म सुधारणे खूप महत्वाचे आहे.

लिथियम-आयन बॅटरीचे कमी-तापमान कार्यप्रदर्शन प्रतिबंधित करणारे घटक

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.
• कमी-तापमानाच्या वातावरणात, इलेक्ट्रोलाइटची स्निग्धता वाढते आणि अगदी अंशतः घट्ट होते, ज्यामुळे लिथियम-आयन बॅटरीची चालकता कमी होते.
  
• इलेक्ट्रोलाइट, नकारात्मक इलेक्ट्रोड आणि विभाजक यांच्यातील सुसंगतता कमी-तापमानाच्या वातावरणात बिघडते.
• कमी-तापमानाच्या वातावरणात, इलेक्ट्रोलाइट, नकारात्मक इलेक्ट्रोड आणि विभाजक यांच्यातील सुसंगतता खराब होते.
  
• कमी-तापमानाच्या वातावरणात लिथियम-आयन बॅटरीच्या नकारात्मक इलेक्ट्रोडला तीव्र लिथियम पर्जन्याचा अनुभव येतो आणि अवक्षेपित धातूचा लिथियम इलेक्ट्रोलाइटवर प्रतिक्रिया देतो, परिणामी त्याची उत्पादने जमा होतात आणि घन इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेस (SEI) ची जाडी वाढते.
• कमी-तापमानाच्या वातावरणात लिथियम-आयन बॅटरीच्या नकारात्मक इलेक्ट्रोडमधून लिथियम गंभीरपणे प्रक्षेपित होते आणि प्रक्षेपित धातूचा लिथियम इलेक्ट्रोलाइटवर प्रतिक्रिया देतो आणि उत्पादनाच्या साचण्यामुळे घन इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेस (SEI) च्या जाडीत वाढ होते.
  
• कमी-तापमानाच्या वातावरणात, सक्रिय सामग्रीमध्ये लिथियम-आयन बॅटरीची प्रसार प्रणाली कमी होते आणि चार्ज ट्रान्सफर प्रतिबाधा (Rct) लक्षणीय वाढते.
• कमी-तापमानाच्या वातावरणात, लिथियम-आयन बॅटरीच्या सक्रिय सामग्रीमधील प्रसार प्रणाली कमी होते आणि चार्ज ट्रान्सफर रेझिस्टन्स (Rct) लक्षणीय वाढते.
  

लिथियम-आयन बॅटरीच्या कमी-तापमान कार्यक्षमतेवर परिणाम करणाऱ्या घटकांचा शोध

लिथियम-आयन बॅटरीच्या कमी-तापमान कार्यक्षमतेवर परिणाम करणाऱ्या घटकांवर चर्चा

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.

तज्ञांचे मत 1: इलेक्ट्रोलाइटचा लिथियम-आयन बॅटरीच्या कमी-तापमानाच्या कार्यक्षमतेवर सर्वात जास्त प्रभाव पडतो. कमी तापमानात बॅटरी सायकल चालवताना येणारी समस्या म्हणजे इलेक्ट्रोलाइटची स्निग्धता वाढेल आणि आयन वहन गती कमी होईल, परिणामी, बाह्य सर्किटच्या इलेक्ट्रॉन स्थलांतर गतीमध्ये विसंगती निर्माण होईल ध्रुवीकरण केले जाईल आणि चार्ज आणि डिस्चार्ज क्षमता झपाट्याने कमी होईल. विशेषत: 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 कमी-तापमानाची कार्यक्षमता इलेक्ट्रोलाइटच्या स्वतःच्या चालकतेशी जवळून संबंधित आहे. इलेक्ट्रोलाइटमधील लिथियम लवण जितके जास्त विलग केले जातात, तितकी जास्त स्थलांतरांची संख्या आणि चालकता जास्त असते. चालकता जास्त आहे, आणि आयन वहन दर जितका जलद असेल तितके ध्रुवीकरण कमी असेल आणि कमी तापमानात बॅटरीची कार्यक्षमता चांगली असेल. म्हणून, लिथियम-आयन बॅटरीची कमी-तापमानाची चांगली कामगिरी साध्य करण्यासाठी उच्च विद्युत 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.

इलेक्ट्रोलाइटची चालकता इलेक्ट्रोलाइटच्या रचनेशी संबंधित आहे द्रावणाची चिकटपणा कमी करणे हा इलेक्ट्रोलाइटची चालकता सुधारण्याचा एक मार्ग आहे. कमी तापमानात सॉल्व्हेंटची चांगली तरलता आयन वाहतूक सुनिश्चित करते आणि कमी तापमानात नकारात्मक इलेक्ट्रोडवर इलेक्ट्रोलाइटद्वारे तयार होणारी घन इलेक्ट्रोलाइट फिल्म देखील लिथियम आयन वहन प्रभावित करण्याची गुरुकिल्ली आहे आणि RSEI हा लिथियम-आयन बॅटरीचा मुख्य अडथळा आहे. कमी तापमानाच्या वातावरणात.

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

तज्ञ 2: लिथियम-आयन बॅटरीच्या कमी-तापमान कार्यक्षमतेवर मर्यादा घालणारा मुख्य घटक म्हणजे SEI फिल्म नव्हे तर कमी तापमानात Li+ प्रसार प्रतिकारामध्ये तीव्र वाढ.

लिथियम-आयन बॅटरीसाठी सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीची कमी तापमान वैशिष्ट्ये

लिथियम-आयन बॅटरी कॅथोड सामग्रीची कमी तापमान वैशिष्ट्ये

1. स्तरित सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीची कमी तापमान वैशिष्ट्ये

1. स्तरित संरचना कॅथोड साहित्य 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.

स्तरित संरचनेत केवळ एक-आयामी लिथियम आयन प्रसार चॅनेलची अतुलनीय दर कामगिरी नाही, तर त्रिमितीय चॅनेलची संरचनात्मक स्थिरता देखील आहे. त्याच्या प्रतिनिधी पदार्थांमध्ये LiCoO2, Li(Co1-xNix)O2 आणि Li(Ni,Co,Mn)O2, इ.

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

Xie Xiaohua आणि इतरांनी LiCoO2/MCMB चा संशोधन ऑब्जेक्ट म्हणून वापर केला आणि त्याची कमी-तापमान चार्ज आणि डिस्चार्ज वैशिष्ट्यांची चाचणी केली.

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.

परिणाम दर्शवतात की जसजसे तापमान कमी होते, तसतसे त्याचे डिस्चार्ज प्लॅटफॉर्म 3.762V (0℃) वरून 3.207V (–30℃) पर्यंत घसरते; त्याची एकूण बॅटरी क्षमता देखील 78.98mAh (0℃) वरून 68.55mAh पर्यंत घसरते; (–३०°C).

2. स्पिनल संरचित कॅथोड सामग्रीची कमी तापमान वैशिष्ट्ये

2. स्पिनल स्ट्रक्चर कॅथोड सामग्रीची कमी तापमान वैशिष्ट्ये

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

स्पिनल स्ट्रक्चर LiMn2O4 कॅथोड मटेरियलमध्ये Co घटक नसतात, त्यामुळे 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.

तथापि, Mn ची व्हेरिएबल व्हॅलेन्स स्थिती आणि Mn3+ च्या जाह्न-टेलर प्रभावामुळे स्ट्रक्चरल 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.

Peng Zhengshun et al ने निदर्शनास आणले की विविध तयारी पद्धतींचा LiMn2O4 कॅथोड सामग्रीच्या इलेक्ट्रोकेमिकल कार्यक्षमतेवर अधिक प्रभाव पडतो: Rct उच्च-तापमान सॉलिड-फेज पद्धतीद्वारे संश्लेषित केले गेले आहे. सोल-जेल पद्धतीने, आणि ही घटना लिथियम आयनमध्ये देखील आढळते. याचे कारण प्रामुख्याने उत्पादनाच्या क्रिस्टलिनिटी आणि मॉर्फोलॉजीवर वेगवेगळ्या संश्लेषण पद्धतींचा मोठा प्रभाव आहे.

3. फॉस्फेट सिस्टम कॅथोड सामग्रीचे कमी तापमान वैशिष्ट्ये

3. फॉस्फेट सिस्टम कॅथोड सामग्रीची कमी-तापमान वैशिष्ट्ये

LiFePO4, तिन्ही सामग्रीसह, उत्कृष्ट व्हॉल्यूम स्थिरता आणि सुरक्षिततेमुळे पॉवर बॅटरीसाठी मुख्य सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री बनली आहे. 

स्पिनल स्ट्रक्चर LiMn2O4 कॅथोड मटेरियलमध्ये Co घटक नसतात, त्यामुळे कमी किमतीचे आणि गैर-विषारीपणाचे फायदे आहेत.

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 प्रमाणावर प्रभावित होते. , बॅटरीच्या चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंगमध्ये अडथळा आणते, परिणामी कमी-तापमानाची असमाधानकारक कामगिरी होते.

उत्कृष्ट व्हॉल्यूम स्थिरता आणि सुरक्षिततेमुळे, LiFePO4, टर्नरी सामग्रीसह, पॉवर बॅटरीसाठी वर्तमान कॅथोड सामग्रीचा मुख्य भाग बनला आहे. लिथियम आयर्न फॉस्फेटची खराब कमी-तापमान कामगिरी मुख्यत्वे कारण आहे कारण सामग्री स्वतः एक इन्सुलेटर आहे, कमी इलेक्ट्रॉनिक चालकता, खराब लिथियम आयन डिफ्यूसिव्हिटी आणि कमी तापमानात खराब चालकता, ज्यामुळे बॅटरीचा अंतर्गत प्रतिकार वाढतो, याचा मोठ्या प्रमाणावर परिणाम होतो. ध्रुवीकरण, आणि बॅटरी चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंगमध्ये अडथळा आणते म्हणून, कमी तापमान कामगिरी आदर्श नाही.

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.

जेव्हा Gu Yijie et al ने LiFePO4 च्या चार्ज आणि डिस्चार्ज वर्तनाचा अभ्यास केला तेव्हा त्यांना आढळले की त्याची कुलॉम्बिक कार्यक्षमता 0°C वर 100% वरून 96% आणि -20°C वर 64% झाली; व्होल्टेज 3.11V वरून 55°C वर 2.62V पर्यंत कमी होते -20°C.

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.

Xing et al. ने LiFePO4 सुधारण्यासाठी नॅनोकार्बन वापरले आणि आढळले की नॅनोकार्बन प्रवाहकीय एजंट जोडल्यानंतर, LiFePO4 चे इलेक्ट्रोकेमिकल गुणधर्म तापमानास कमी संवेदनशील होते आणि सुधारित केल्यानंतर, LiFePO4 चे डिस्चार्ज व्होल्टेज 3.40 ते 34 पर्यंत वाढले. 25°C वर -25°C वर 3.09V वर घसरले, फक्त 9.12% कमी झाले आणि -25°C वर त्याची बॅटरी कार्यक्षमता 57.3% होती, नॅनोकार्बन प्रवाहकीय एजंट शिवाय 53.4%.

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.

अलीकडे, LiMnPO4 ने मोठ्या प्रमाणात रस घेतला आहे. संशोधनात असे आढळून आले आहे की LiMnPO4 मध्ये उच्च क्षमता (4.1V), प्रदूषण नाही, कमी किंमत आणि मोठी विशिष्ट क्षमता (170mAh/g) आहे. तथापि, LiMnPO4 च्या LiFePO4 पेक्षा कमी आयनिक चालकतेमुळे, Fe चा वापर बऱ्याचदा LiMn0.8Fe0.2PO4 सॉलिड सोल्यूशन तयार करण्यासाठी सराव मध्ये Mn अंशतः बदलण्यासाठी केला जातो.

लिथियम-आयन बॅटरीसाठी नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीची कमी तापमान वैशिष्ट्ये

लिथियम-आयन बॅटरी एनोड सामग्रीचे कमी-तापमान गुणधर्म

सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीच्या तुलनेत, लिथियम-आयन बॅटरीमध्ये नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीची कमी-तापमान ऱ्हास घटना अधिक गंभीर आहे, मुख्यतः खालील तीन कारणांमुळे:

कॅथोड सामग्रीच्या तुलनेत, लिथियम-आयन बॅटरी एनोड सामग्रीचे कमी-तापमान बिघडण्याची तीन मुख्य कारणे आहेत:

• कमी-तापमान उच्च दर चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग दरम्यान, बॅटरीचे ध्रुवीकरण तीव्र होते आणि नकारात्मक इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागावर मोठ्या प्रमाणात लिथियम धातू जमा होते आणि लिथियम धातू आणि इलेक्ट्रोलाइटमधील प्रतिक्रिया उत्पादनांमध्ये सामान्यतः चालकता नसते;
• कमी तापमानात आणि उच्च दरांवर चार्जिंग आणि डिस्चार्ज करताना, बॅटरीचे तीव्र ध्रुवीकरण होते आणि नकारात्मक इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागावर मोठ्या प्रमाणात धातूचा लिथियम जमा होतो आणि धातूचा लिथियम आणि इलेक्ट्रोलाइट यांच्यातील प्रतिक्रिया उत्पादन सामान्यतः प्रवाहकीय नसते;
  
• थर्मोडायनामिक दृष्टीकोनातून, इलेक्ट्रोलाइटमध्ये मोठ्या संख्येने ध्रुवीय गट असतात जसे की C-O आणि C-N, जे नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीसह प्रतिक्रिया देऊ शकतात, परिणामी SEI चित्रपट कमी तापमानाच्या प्रभावांना अधिक संवेदनाक्षम असतात;
• थर्मोडायनामिक दृष्टिकोनातून, इलेक्ट्रोलाइटमध्ये मोठ्या संख्येने ध्रुवीय गट असतात जसे की C–O आणि C–N, जे एनोड सामग्रीवर प्रतिक्रिया देऊ शकतात आणि तयार होणारी SEI फिल्म कमी तापमानाला अधिक संवेदनाक्षम असते;
  
• कमी तापमानात कार्बन नकारात्मक इलेक्ट्रोडमध्ये लिथियम एम्बेड करणे कठीण आहे, परिणामी असममित चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग होते.
• कार्बन निगेटिव्ह इलेक्ट्रोडसाठी कमी तापमानात लिथियम घालणे अवघड आहे आणि चार्ज आणि डिस्चार्जमध्ये असममितता आहे.
  

कमी तापमानाच्या इलेक्ट्रोलाइट्सवर संशोधन

कमी तापमानाच्या इलेक्ट्रोलाइटवर संशोधन

लिथियम-आयन बॅटरीमध्ये Li+ प्रसारित करण्यात इलेक्ट्रोलाइट भूमिका बजावते आणि त्याची आयन चालकता आणि SEI फिल्म निर्मिती कामगिरीचा बॅटरीच्या कमी-तापमानाच्या कामगिरीवर महत्त्वपूर्ण प्रभाव पडतो. कमी-तापमान इलेक्ट्रोलाइट्सच्या गुणवत्तेचे मूल्यांकन करण्यासाठी तीन मुख्य निर्देशक आहेत: आयन चालकता, इलेक्ट्रोकेमिकल विंडो आणि इलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया क्रियाकलाप. या तीन निर्देशकांची पातळी मुख्यत्वे त्यांच्या घटक सामग्रीवर अवलंबून असते: सॉल्व्हेंट्स, इलेक्ट्रोलाइट्स (लिथियम लवण) आणि ऍडिटीव्ह. म्हणून, इलेक्ट्रोलाइटच्या विविध भागांच्या कमी-तापमान कार्यक्षमतेचा अभ्यास बॅटरीच्या कमी-तापमान कार्यक्षमतेला समजून घेण्यासाठी आणि सुधारण्यासाठी खूप महत्त्वाचा आहे.

लिथियम-आयन बॅटरीमध्ये Li+ वाहून नेण्यात इलेक्ट्रोलाइट भूमिका बजावते आणि त्याची आयनिक चालकता आणि SEI फिल्म-फॉर्मिंग गुणधर्मांचा बॅटरीच्या कमी-तापमानाच्या कार्यक्षमतेवर महत्त्वपूर्ण प्रभाव पडतो. कमी-तापमान इलेक्ट्रोलाइट्सच्या गुणवत्तेचा न्याय करण्यासाठी तीन मुख्य निर्देशक आहेत: आयनिक चालकता, इलेक्ट्रोकेमिकल विंडो आणि इलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया. या तीन निर्देशकांचे स्तर त्यांच्या घटक पदार्थांवर मोठ्या प्रमाणात अवलंबून असतात: सॉल्व्हेंट, इलेक्ट्रोलाइट (लिथियम मीठ) आणि ॲडिटीव्ह. म्हणून, बॅटरीच्या कमी-तापमानाची कार्यक्षमता समजून घेण्यासाठी आणि सुधारण्यासाठी इलेक्ट्रोलाइटच्या विविध भागांच्या कमी-तापमान गुणधर्मांचा अभ्यास खूप महत्त्वाचा आहे.

• साखळी कार्बोनेटच्या तुलनेत, EC आधारित इलेक्ट्रोलाइट्समध्ये कॉम्पॅक्ट रचना, उच्च परस्परसंवाद शक्ती आणि उच्च वितळण्याचा बिंदू आणि चिकटपणा असतो. तथापि, वर्तुळाकार संरचनेद्वारे आणलेल्या मोठ्या ध्रुवीयतेचा परिणाम अनेकदा उच्च डायलेक्ट्रिक स्थिरांकात होतो. उच्च डायलेक्ट्रिक स्थिरता, उच्च आयन चालकता आणि EC सॉल्व्हेंट्सचे उत्कृष्ट फिल्म-फॉर्मिंग कार्यप्रदर्शन प्रभावीपणे सॉल्व्हेंट रेणूंच्या सह प्रवेशास प्रतिबंध करते, त्यांना अपरिहार्य बनवते. म्हणून, सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या कमी-तापमानाच्या इलेक्ट्रोलाइट सिस्टम EC वर आधारित असतात आणि कमी वितळण्याच्या बिंदूच्या लहान रेणू सॉल्व्हेंट्ससह मिसळल्या जातात.
• साखळी कार्बोनेटच्या तुलनेत, EC-आधारित इलेक्ट्रोलाइटची कमी-तापमानाची वैशिष्ट्ये अशी आहेत की चक्रीय कार्बोनेटमध्ये घट्ट रचना, मजबूत बल, उच्च वितळण्याचा बिंदू आणि चिकटपणा असतो. तथापि, रिंग स्ट्रक्चरद्वारे आणलेल्या मोठ्या ध्रुवीयतेमुळे बहुतेकदा त्यात एक मोठा डायलेक्ट्रिक स्थिरांक असतो. EC सॉल्व्हेंट्सचे मोठे डायलेक्ट्रिक स्थिरता, उच्च आयन चालकता आणि उत्कृष्ट फिल्म-फॉर्मिंग गुणधर्म प्रभावीपणे सॉल्व्हेंट रेणूंच्या सह-प्रवेशास प्रतिबंधित करतात, त्यांना अपरिहार्य बनवतात, म्हणून, सर्वात सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या कमी-तापमानाच्या इलेक्ट्रोलाइट सिस्टम्स EC आणि नंतर मिश्रित लहान असतात. कमी हळुवार बिंदूसह रेणू दिवाळखोर.
  
• लिथियम ग्लायकोकॉलेट इलेक्ट्रोलाइट्सचा एक महत्त्वाचा घटक आहे. इलेक्ट्रोलाइट्समधील लिथियम क्षार केवळ द्रावणाची आयनिक चालकता सुधारू शकत नाहीत तर द्रावणातील Li+ चे प्रसार अंतर देखील कमी करू शकतात. सर्वसाधारणपणे, द्रावणात Li+ चे प्रमाण जितके जास्त असेल तितकी त्याची आयन चालकता जास्त असेल. तथापि, इलेक्ट्रोलाइटमधील लिथियम आयनची एकाग्रता लिथियम क्षारांच्या एकाग्रतेशी रेखीयपणे संबंधित नाही, उलट एक पॅराबॉलिक आकार दर्शवते. याचे कारण असे की सॉल्व्हेंटमधील लिथियम आयनची एकाग्रता सॉल्व्हेंटमधील लिथियम क्षारांच्या पृथक्करण आणि जोडण्याच्या ताकदीवर अवलंबून असते.

• लिथियम मीठ हा इलेक्ट्रोलाइटचा एक महत्त्वाचा घटक आहे. इलेक्ट्रोलाइटमधील लिथियम मीठ केवळ द्रावणाची आयनिक चालकता वाढवू शकत नाही तर द्रावणातील Li+ च्या प्रसाराचे अंतर देखील कमी करू शकते. साधारणपणे सांगायचे तर, द्रावणात Li+ सांद्रता जितकी जास्त तितकी त्याची आयनिक चालकता जास्त. तथापि, इलेक्ट्रोलाइटमधील लिथियम आयन एकाग्रता लिथियम मीठ एकाग्रतेशी रेखीयपणे संबंधित नाही, परंतु पॅराबॉलिक आहे. याचे कारण असे की सॉल्व्हेंटमधील लिथियम आयनची एकाग्रता सॉल्व्हेंटमधील लिथियम मिठाच्या पृथक्करण आणि संगतीच्या ताकदीवर अवलंबून असते.

  
  

कमी तापमानाच्या इलेक्ट्रोलाइट्सवर संशोधन

कमी तापमानाच्या इलेक्ट्रोलाइटवर संशोधन

बॅटरीच्या रचना व्यतिरिक्त, व्यावहारिक ऑपरेशनमधील प्रक्रिया घटक देखील बॅटरीच्या कार्यक्षमतेवर महत्त्वपूर्ण प्रभाव टाकू शकतात.

बॅटरीच्या रचना व्यतिरिक्त, वास्तविक ऑपरेशनमधील प्रक्रिया घटकांचा देखील बॅटरीच्या कार्यक्षमतेवर मोठा प्रभाव पडेल.

(1) तयारी प्रक्रिया. याकूब वगैरे. LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2/Graphite बॅटरीच्या कमी-तापमान कार्यक्षमतेवर इलेक्ट्रोड लोड आणि कोटिंग जाडीचा प्रभाव अभ्यासला आणि असे आढळले की क्षमता टिकवून ठेवण्याच्या दृष्टीने, इलेक्ट्रोडचा भार जितका लहान असेल आणि कोटिंगचा थर पातळ असेल तितके चांगले. कमी-तापमान कामगिरी.

(1) तयारी प्रक्रिया. याकूब एट अल. यांनी LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2/Graphite बॅटरीच्या कमी-तापमान कार्यक्षमतेवर इलेक्ट्रोड लोड आणि कोटिंग जाडीच्या प्रभावांचा अभ्यास केला आणि आढळले की क्षमता टिकवून ठेवण्याच्या दृष्टीने, इलेक्ट्रोडचा भार जितका लहान असेल आणि कोटिंगचा थर पातळ असेल. , कमी तापमान कामगिरी.

(2) चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग स्थिती. Petzl et al. बॅटरीच्या सायकल लाइफवर कमी-तापमान चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग परिस्थितीचा प्रभाव अभ्यासला आणि आढळले की जेव्हा डिस्चार्जची खोली मोठी असते, तेव्हा ते लक्षणीय क्षमतेचे नुकसान करते आणि सायकलचे आयुष्य कमी करते.

(2) चार्ज आणि डिस्चार्ज स्थिती. Petzl et al. ने बॅटरी सायकल लाइफवर कमी-तापमान चार्ज आणि डिस्चार्ज अवस्थांचा अभ्यास केला आणि असे आढळले की जेव्हा डिस्चार्जची खोली जास्त असते, तेव्हा ते जास्त क्षमतेचे नुकसान करते आणि सायकलचे आयुष्य कमी करते.

(3) इतर घटक. पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ, छिद्र आकार, इलेक्ट्रोडची घनता, इलेक्ट्रोड आणि इलेक्ट्रोलाइटमधील ओलेपणा आणि विभाजक हे सर्व लिथियम-आयन बॅटरीच्या कमी-तापमान कार्यक्षमतेवर परिणाम करतात. याव्यतिरिक्त, बॅटरीच्या कमी-तापमान कार्यक्षमतेवर सामग्री आणि प्रक्रियेतील दोषांचा प्रभाव दुर्लक्षित केला जाऊ शकत नाही.

(3) इतर घटक. पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ, छिद्र आकार, इलेक्ट्रोडची इलेक्ट्रोड घनता, इलेक्ट्रोड आणि इलेक्ट्रोलाइटची आर्द्रता आणि विभाजक हे सर्व लिथियम-आयन बॅटरीच्या कमी-तापमान कार्यक्षमतेवर परिणाम करतात. याव्यतिरिक्त, बॅटरीच्या कमी-तापमान कार्यक्षमतेवर सामग्री आणि प्रक्रियांमधील दोषांचा प्रभाव दुर्लक्षित केला जाऊ शकत नाही.

सारांश

सारांश द्या

लिथियम-आयन बॅटरीचे कमी-तापमान कार्यप्रदर्शन सुनिश्चित करण्यासाठी, खालील गोष्टी चांगल्या प्रकारे केल्या पाहिजेत:

(1) एक पातळ आणि दाट SEI फिल्म तयार करणे;

(२) सक्रिय पदार्थामध्ये Li+ चा उच्च प्रसार गुणांक असल्याची खात्री करा;

(3) इलेक्ट्रोलाइट्समध्ये कमी तापमानात उच्च आयनिक चालकता असते.

याव्यतिरिक्त, संशोधन एक वेगळा दृष्टीकोन घेऊ शकतो आणि दुसर्या प्रकारच्या लिथियम-आयन बॅटरीवर लक्ष केंद्रित करू शकतो - सर्व सॉलिड स्टेट लिथियम-आयन बॅटरी. पारंपारिक लिथियम-आयन बॅटरीच्या तुलनेत, सर्व सॉलिड-स्टेट लिथियम-आयन बॅटरियां, विशेषत: सर्व सॉलिड-स्टेट पातळ-फिल्म लिथियम-आयन बॅटरियां, कमी तापमानात वापरल्या जाणाऱ्या बॅटरीची क्षमता कमी होणे आणि सायकल चालवण्याच्या सुरक्षिततेच्या समस्यांचे पूर्णपणे निराकरण करणे अपेक्षित आहे.

लिथियम-आयन बॅटरीचे कमी-तापमान कार्यप्रदर्शन सुनिश्चित करण्यासाठी, खालील गोष्टी करणे आवश्यक आहे:

(1) एक पातळ आणि दाट SEI फिल्म तयार करा;

(2) सक्रिय सामग्रीमध्ये Li+ मध्ये मोठ्या प्रमाणात प्रसार गुणांक असल्याची खात्री करा;

(३) इलेक्ट्रोलाइटमध्ये कमी तापमानात उच्च आयनिक चालकता असते.

याव्यतिरिक्त, संशोधन लिथियम-आयन बॅटरी-ऑल-सॉलिड-स्टेट लिथियम-आयन बॅटरीच्या दुसर्या प्रकारावर लक्ष केंद्रित करण्याचा दुसरा मार्ग देखील शोधू शकतो. पारंपारिक लिथियम-आयन बॅटरीच्या तुलनेत, सर्व-सॉलिड-स्टेट लिथियम-आयन बॅटरियां, विशेषत: ऑल-सॉलिड-स्टेट पातळ-फिल्म लिथियम-आयन बॅटरियां, येथे वापरल्या जाणाऱ्या बॅटरीच्या क्षमता क्षीणन आणि सायकल सुरक्षेच्या समस्येचे पूर्णपणे निराकरण करतील अशी अपेक्षा आहे. कमी तापमान.