Լիթիումի մարտկոցների ցածր ջերմաստիճանի կատարումը

Ցածր ջերմաստիճանի միջավայրում լիթիում-իոնային մարտկոցի աշխատանքը իդեալական չէ: Երբ սովորաբար օգտագործվող լիթիում-իոնային մարտկոցները աշխատում են -10 ° C-ում, դրանց առավելագույն լիցքավորման և լիցքաթափման հզորությունը և տերմինալային լարումը զգալիորեն կնվազեն նորմալ ջերմաստիճանի համեմատ [6], երբ լիցքաթափման ջերմաստիճանը իջնի մինչև -20 ° C, հասանելի հզորությունը կնվազի: նույնիսկ 25 ° C սենյակային ջերմաստիճանում կարող է կրճատվել մինչև 1/3, երբ լիցքաթափման ջերմաստիճանն ավելի ցածր է, որոշ լիթիումային մարտկոցներ չեն կարող նույնիսկ լիցքավորել և լիցքաթափել գործողությունները՝ մտնելով «մեռած մարտկոցի» վիճակ:

1, Լիթիում-իոնային մարտկոցների բնութագրերը ցածր ջերմաստիճաններում
(1) մակրոսկոպիկ
Ցածր ջերմաստիճանի դեպքում լիթիում-իոնային մարտկոցի բնորոշ փոփոխությունները հետևյալն են. Լիթիում-իոնային մարտկոցի լիցքաթափման լարումը ցածր է նորմալ ջերմաստիճանից: Ցածր ջերմաստիճանում լիցքավորելիս և լիցքաթափելիս նրա աշխատանքային լարումը բարձրանում կամ իջնում ​​է ավելի արագ, քան սովորական ջերմաստիճանում, ինչի հետևանքով զգալի նվազում է դրա առավելագույն օգտագործելի հզորությունը և հզորությունը:

(2) Միկրոսկոպիկ
Ցածր ջերմաստիճաններում լիթիում-իոնային մարտկոցների կատարողական փոփոխությունները հիմնականում պայմանավորված են հետևյալ կարևոր գործոնների ազդեցությամբ. Երբ շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանը ցածր է -20℃-ից, հեղուկ էլեկտրոլիտը պնդանում է, նրա մածուցիկությունը կտրուկ մեծանում է, իսկ իոնային հաղորդունակությունը նվազում է: Լիթիումի իոնների դիֆուզիոն դրական և բացասական էլեկտրոդների նյութերում դանդաղ է ընթանում. Լիթիումի իոնը դժվար է լուծարվել, և դրա փոխանցումը SEI ֆիլմում դանդաղ է, և լիցքի փոխանցման դիմադրությունը մեծանում է: Լիթիումի դենդրիտի խնդիրը հատկապես ցայտուն է ցածր ջերմաստիճանում:

2, Լիթիում-իոնային մարտկոցների ցածր ջերմաստիճանի կատարումը լուծելու համար
Նախագծեք նոր էլեկտրոլիտիկ հեղուկ համակարգ ցածր ջերմաստիճանի միջավայրին համապատասխանելու համար. Բարելավել դրական և բացասական էլեկտրոդների կառուցվածքը՝ փոխանցման արագությունը արագացնելու և փոխանցման հեռավորությունը կրճատելու համար. Վերահսկել դրական և բացասական պինդ էլեկտրոլիտի միջերեսը` դիմադրողականությունը նվազեցնելու համար:

(1) էլեկտրոլիտային հավելումներ
Ընդհանուր առմամբ, ֆունկցիոնալ հավելումների օգտագործումը ամենաարդյունավետ և խնայող միջոցներից մեկն է մարտկոցի ցածր ջերմաստիճանի աշխատանքը բարելավելու և իդեալական SEI ֆիլմի ձևավորման համար: Ներկայումս հավելումների հիմնական տեսակներն են իզոցիանատի հիմքով հավելումները, ծծմբի վրա հիմնված հավելումները, իոնային հեղուկ հավելումները և անօրգանական լիթիումի աղի հավելումները։

Օրինակ՝ դիմեթիլ սուլֆիտի (DMS) ծծմբի վրա հիմնված հավելումները՝ համապատասխան վերականգնող ակտիվությամբ, և քանի որ դրա վերականգնող արտադրանքը և լիթիումի իոնների կապը ավելի թույլ են, քան վինիլսուլֆատը (DTD), օրգանական հավելումների օգտագործումը մեղմելը կբարձրացնի միջերեսային դիմադրությունը՝ ստեղծելով բացասական էլեկտրոդի միջերեսի ֆիլմի ավելի կայուն և ավելի լավ իոնային հաղորդունակություն: Սուլֆիտի էսթերները, որոնք ներկայացված են դիմեթիլ սուլֆիտով (DMS) ունեն բարձր դիէլեկտրական հաստատուն և աշխատանքային ջերմաստիճանի լայն տիրույթ:

(2) էլեկտրոլիտի լուծիչ
Ավանդական լիթիում-իոնային մարտկոցի էլեկտրոլիտը պետք է լուծարվի 1 մոլ լիթիումի հեքսաֆտորոֆոսֆատ (LiPF6) խառը լուծիչի մեջ, ինչպիսիք են EC, PC, VC, DMC, մեթիլ էթիլ կարբոնատ (EMC) կամ դիէթիլ կարբոնատ (DEC), որտեղ բաղադրությունը Լուծիչը, հալման կետը, դիէլեկտրական հաստատունը, մածուցիկությունը և լիթիումի աղի հետ համատեղելիությունը լրջորեն կազդեն մարտկոցի աշխատանքային ջերմաստիճանի վրա: Ներկայումս առևտրային էլեկտրոլիտը հեշտ է ամրացնել, երբ կիրառվում է ցածր ջերմաստիճանի միջավայրում՝ -20℃ և ցածր, ցածր դիէլեկտրական հաստատունը դժվարացնում է լիթիումի աղի տարանջատումը, իսկ մածուցիկությունը չափազանց բարձր է՝ մարտկոցի ներքին դիմադրության և ցածր դիմադրության համար: լարման հարթակ. Լիթիում-իոնային մարտկոցները կարող են ունենալ ավելի լավ ցածր ջերմաստիճանի արդյունավետություն՝ օպտիմալացնելով առկա լուծիչների հարաբերակցությունը, օրինակ՝ օպտիմալացնելով էլեկտրոլիտի ձևավորումը (EC:PC:EMC=1:2:7), որպեսզի TiO2(B)/գրաֆենի բացասական էլեկտրոդը ունենա A հզորությունը ~240 mA h g-1 -20℃ և 0.1 A g-1 հոսանքի խտություն: Կամ մշակեք նոր ցածր ջերմաստիճանի էլեկտրոլիտային լուծիչներ: Ցածր ջերմաստիճաններում լիթիում-իոնային մարտկոցների վատ աշխատանքը հիմնականում կապված է Li+-ի դանդաղ լուծարման հետ էլեկտրոդի նյութում Li+-ի ներկառուցման գործընթացում: Li+-ի և լուծիչի մոլեկուլների միջև կապող ցածր էներգիայով նյութեր, ինչպիսիք են 1, 3-դիոքսոպենտիլենը (DIOX), կարող են ընտրվել, և նանոմաշտաբով լիթիումի տիտանատը օգտագործվում է որպես էլեկտրոդի նյութ՝ մարտկոցի փորձարկումը հավաքելու համար՝ փոխհատուցելու դիֆուզիայի նվազեցված գործակիցը։ էլեկտրոդի նյութը ծայրահեղ ցածր ջերմաստիճանում, որպեսզի ցածր ջերմաստիճանում ավելի լավ կատարողականություն ապահովվի:

(3) լիթիումի աղ
Ներկայումս առևտրային LiPF6 իոնն ունի բարձր հաղորդունակություն, շրջակա միջավայրում խոնավության բարձր պահանջներ, վատ ջերմային կայունություն և վատ գազեր, ինչպիսիք են HF-ը ջրի ռեակցիայի մեջ, հեշտ է անվտանգության վտանգներ առաջացնել: Լիթիումի դիֆտորոքսալատ բորատի (LiODFB) կողմից արտադրված պինդ էլեկտրոլիտային թաղանթը բավականաչափ կայուն է և ունի ավելի լավ ցածր ջերմաստիճանի և ավելի բարձր արագության կատարում: Դա պայմանավորված է նրանով, որ LiODFB-ն ունի և՛ լիթիումի դիօքսալատ բորատի (LiBOB) և՛ LiBF4-ի առավելությունները:

3. Ամփոփում
Լիթիում-իոնային մարտկոցների ցածր ջերմաստիճանի արդյունավետության վրա կազդեն բազմաթիվ ասպեկտներ, ինչպիսիք են էլեկտրոդի նյութերը և էլեկտրոլիտները: Համապարփակ բարելավումը բազմաթիվ տեսանկյուններից, ինչպիսիք են էլեկտրոդի նյութերը և էլեկտրոլիտը, կարող են նպաստել լիթիում-իոնային մարտկոցների կիրառմանը և զարգացմանը, և լիթիումի մարտկոցների կիրառման հեռանկարը լավ է, սակայն տեխնոլոգիան պետք է մշակվի և կատարելագործվի հետագա հետազոտություններում: