1. Einführung:
Seit ihrer Einführung auf dem Markt, Lithium-Ionen-Batterien werden aufgrund ihrer langen Lebensdauer, der hohen Energiedichte und des fehlenden Memory-Effekts häufig verwendet. Eine anhaltende Herausforderung bei Lithium-Ionen-Batterien ist jedoch ihre Leistung bei niedrigen Temperaturen, die durch eine verringerte Kapazität, eine starke Degradation, eine schlechte Zyklusleistung, eine erhebliche Lithiumplattierung und ein Lithiumungleichgewicht während des Entladens gekennzeichnet ist. Da die Industrie ihre Anwendungen immer weiter ausbaut, werden die Einschränkungen, die durch die schlechte Leistung von Lithium-Ionen-Batterien in kalten Umgebungen entstehen, immer deutlicher.
2,Faktoren, die die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien bei niedrigen Temperaturen einschränken:
Viskosität und Kompatibilität des Elektrolyten: Bei niedrigen Temperaturen nimmt die Viskosität des Elektrolyten zu, was zu einer geringeren Leitfähigkeit und Kompatibilität zwischen dem Elektrolyten und der negativen Elektrode und dem Separator führt.
Lithiumplattierung und SEI-Wachstum (Solid Electrolyte Interphase): Die negative Elektrode von Lithium-Ionen-Batterien wird bei niedrigen Temperaturen stark mit Lithium beschichtet, was zur Abscheidung von metallischem Lithium und zur Bildung von dicken SEI-Schichten aufgrund von Reaktionen mit dem Elektrolyten führt.
Diffusionsbegrenzung und Ladungstransferimpedanz: Niedrige Temperaturen reduzieren das interne Diffusionssystem aktiver Materialien in Lithium-Ionen-Batterien, was zu einem erheblichen Anstieg der Ladungstransferimpedanz führt.
3,Diskussion über Faktoren, die die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien bei niedrigen Temperaturen beeinflussen:
Expertenmeinung 1: Der Elektrolyt hat den größten Einfluss auf die Tieftemperaturleistung von Lithium-Ionen-Batterien, wobei seine Zusammensetzung und seine physikalisch-chemischen Eigenschaften eine entscheidende Rolle spielen.
Gutachten 2: Der Hauptfaktor, der die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien bei niedrigen Temperaturen einschränkt, ist der starke Anstieg der Li+-Diffusionsimpedanz und nicht die SEI-Membran.
4,Niedrigtemperatur-Eigenschaften von Lithium-Ionen-Batterie-Kathodenmaterialien:
Geschichtete Kathodenmaterialien: Materialien wie LiCoO2 weisen bei niedrigeren Temperaturen eine geringere Entladespannung und Gesamtkapazität auf.
Spinell-Kathodenmaterialien: LiMn2O4 ist zwar kostengünstig und ungiftig, hat aber aufgrund der unterschiedlichen Mn-Oxidationsstufen Probleme mit struktureller Instabilität und schlechter Reversibilität.
Phosphat-Kathodenmaterialien: LiFePO4 leidet unter schlechter Leitfähigkeit und Diffusion bei niedrigen Temperaturen, was zu erhöhtem Innenwiderstand und Polarisationseffekten führt.
5,Forschung über Tieftemperaturelektrolyte:
Die Elektrolytforschung konzentriert sich auf Faktoren wie Ionenleitfähigkeit, elektrochemische Stabilität und Reaktionsaktivität der Elektroden, die für die Verbesserung der Batterieleistung bei niedrigen Temperaturen entscheidend sind.
6, Schlussfolgerung:
Zur Verbesserung der Tieftemperaturverhalten von Lithium-Ionen-BatterienDie Bemühungen sollten auf die Bildung dünner und dichter SEI-Schichten, die Gewährleistung hoher Li+-Diffusionskoeffizienten in aktiven Materialien und die Optimierung der Elektrolytleitfähigkeit gerichtet sein. Darüber hinaus verspricht die Erforschung alternativer Batterietechnologien wie Lithium-Ionen-Festkörperbatterien die Überwindung der Kapazitätsverschlechterung und der Sicherheitsbedenken im Zusammenhang mit dem Einsatz bei niedrigen Temperaturen.
7, Probleme mit der Temperatur von Lithiumbatterien
(1). F: Was sind die größten Herausforderungen für Lithium-Ionen-Batterien bei niedrigen Temperaturen?
A: Bei niedrigen Temperaturen stoßen Lithium-Ionen-Batterien auf verschiedene Hindernisse, wie z. B. verringerte Kapazität, starke Degradation, schlechte Zyklenleistung, erhebliche Lithiumbeschichtung und Lithium-Ungleichgewicht beim Entladen. Diese Probleme schränken ihre Funktionalität ein und stellen verschiedene Branchen vor Herausforderungen.
(2). F: Wie beeinflusst die Viskosität des Elektrolyts die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien in kalten Umgebungen?
A: Die Viskosität des Elektrolyten nimmt bei niedrigen Temperaturen zu, was zu einer geringeren Leitfähigkeit und Kompatibilität zwischen dem Elektrolyten und der negativen Elektrode und dem Separator führt. Dieses Phänomen behindert den Ionentransport und verschlimmert die Polarisierung, was zu einer verminderten Batterieleistung beiträgt.
(3). F: Welche Bedeutung haben die Eigenschaften des Kathodenmaterials für die Bewältigung der Herausforderungen bei niedrigen Temperaturen?
A: Kathodenmaterialien spielen eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Batterieleistung bei niedrigen Temperaturen. So zeigen beispielsweise geschichtete Kathodenmaterialien wie LiCoO2 in kälteren Umgebungen eine geringere Entladespannung und Gesamtkapazität, was den Bedarf an Materialien mit verbesserter Stabilität und Reversibilität verdeutlicht.
(4). F: Wie sehen Experten die Rolle der Elektrolyte bei der Abschwächung der Auswirkungen niedriger Temperaturen auf Lithium-Ionen-Batterien?
A: Experten betonen, dass die Elektrolyte den größten Einfluss auf die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien bei niedrigen Temperaturen haben. Die Zusammensetzung und die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Elektrolyte wirken sich auf die Ionenleitfähigkeit, die elektrochemische Stabilität und die Reaktionsaktivität der Elektrode aus und beeinflussen damit das Verhalten der Batterie in kalten Umgebungen.
(5). F: Welche Forschungsansätze sind vielversprechend, um die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien bei niedrigen Temperaturen zu verbessern?
A: Die Forschungsbemühungen konzentrieren sich auf die Optimierung der Elektrolyteigenschaften, die Verbesserung der Stabilität des Kathodenmaterials und die Erforschung alternativer Batterietechnologien wie Lithium-Ionen-Festkörperbatterien. Diese Ansätze zielen darauf ab, Probleme wie schlechte Leitfähigkeit, Lithiumplattierung und SEI-Wachstum anzugehen, um letztendlich die Zuverlässigkeit und Leistung der Batterien unter kalten Bedingungen zu verbessern.
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