Lever le voile sur le mystère : Pourquoi les piles au lithium ont-elles peur des basses températures ?

1.Introduction :

Depuis leur introduction sur le marché, batteries lithium-ion ont été largement utilisées en raison de leur longue durée de vie, de leur densité énergétique élevée et de l'absence d'effet mémoire. Toutefois, les batteries lithium-ion posent un problème persistant : leurs performances à basse température, caractérisées par une diminution de la capacité, une dégradation importante, de mauvaises performances en cyclage, un placage important du lithium et un déséquilibre du lithium pendant la décharge. Alors que les industries continuent d'étendre leurs applications, les limites imposées par les performances médiocres des batteries lithium-ion dans les environnements froids deviennent de plus en plus évidentes.

2,Facteurs limitant les performances des batteries lithium-ion à basse température :

Viscosité et compatibilité de l'électrolyte : À basse température, la viscosité de l'électrolyte augmente, ce qui entraîne une réduction de la conductivité et de la compatibilité entre l'électrolyte, l'électrode négative et le séparateur.

Dépôt de lithium et croissance de l'interphase de l'électrolyte solide (SEI) : L'électrode négative des batteries lithium-ion subit un placage de lithium important à basse température, ce qui entraîne le dépôt de lithium métallique et la formation de couches SEI épaisses en raison des réactions avec l'électrolyte.

Limitation de la diffusion et impédance de transfert de charge : Les basses températures réduisent le système de diffusion interne des matériaux actifs dans les batteries lithium-ion, ce qui entraîne une augmentation significative de l'impédance de transfert de charge.

3,Discussion sur les facteurs affectant la performance des batteries lithium-ion à basse température :

Avis d'expert 1 : L'électrolyte a le plus grand impact sur les performances à basse température des batteries lithium-ion, sa composition et ses propriétés physicochimiques jouant un rôle crucial.

Avis d'expert 2 : Le principal facteur limitant les performances des batteries lithium-ion à basse température est la forte augmentation de l'impédance de diffusion du Li+ plutôt que la membrane SEI.

4,Low-Temperature Characteristics of Lithium-Ion Battery Cathode Materials (Caractéristiques à basse température des matériaux de cathode des batteries au lithium-ion) :

Matériaux cathodiques stratifiés : Les matériaux tels que le LiCoO2 présentent une diminution de la tension de décharge et de la capacité globale à des températures plus basses.

Matériaux de cathode spinelle : LiMn2O4, bien que rentable et non toxique, est confronté à des problèmes d'instabilité structurelle et de faible réversibilité en raison des états d'oxydation variables du Mn.

Matériaux cathodiques à base de phosphate : Le LiFePO4 souffre d'une mauvaise conductivité et d'une mauvaise diffusion à basse température, ce qui entraîne une augmentation de la résistance interne et des effets de polarisation.

5,Recherche sur les électrolytes à basse température :

La recherche sur les électrolytes se concentre sur des facteurs tels que la conductivité ionique, la stabilité électrochimique et l'activité de réaction des électrodes, qui sont essentiels pour améliorer les performances des batteries à basse température.

6,Conclusion :

Pour améliorer la performance à basse température des batteries lithium-ionDans ce contexte, les efforts devraient être orientés vers la formation de couches SEI minces et denses, la garantie de coefficients de diffusion élevés du Li+ dans les matériaux actifs et l'optimisation de la conductivité de l'électrolyte. En outre, l'exploration de technologies de batteries alternatives, telles que les batteries lithium-ion à l'état solide, est prometteuse pour surmonter la dégradation de la capacité et les problèmes de sécurité associés à l'utilisation à basse température.

7,Problèmes liés à la température des piles au lithium

(1). Q : Quels sont les principaux défis auxquels sont confrontées les batteries lithium-ion à basse température ?

R : À basse température, les batteries lithium-ion se heurtent à plusieurs obstacles tels que la diminution de la capacité, la dégradation sévère, les mauvaises performances en cyclage, le placage important du lithium et le déséquilibre du lithium pendant la décharge. Ces problèmes limitent leur fonctionnalité et posent des défis à diverses industries.

(2). Q : Comment la viscosité de l'électrolyte affecte-t-elle les performances des batteries lithium-ion dans les environnements froids ?

R : La viscosité de l'électrolyte augmente à basse température, ce qui réduit la conductivité et la compatibilité entre l'électrolyte, l'électrode négative et le séparateur. Ce phénomène entrave le transport des ions et exacerbe la polarisation, ce qui contribue à diminuer les performances de la batterie.

(3). Q : Quelle est l'importance des caractéristiques du matériau de la cathode pour relever les défis des basses températures ?

R : Les matériaux cathodiques jouent un rôle crucial dans la détermination des performances des batteries à basse température. Par exemple, les matériaux cathodiques en couches comme le LiCoO2 présentent une diminution de la tension de décharge et de la capacité globale dans des environnements plus froids, ce qui souligne la nécessité de matériaux présentant une stabilité et une réversibilité accrues.

(4). Q : Comment les experts perçoivent-ils le rôle des électrolytes dans l'atténuation des effets des basses températures sur les batteries lithium-ion ?

R : Les experts soulignent que les électrolytes ont l'impact le plus important sur les performances des batteries lithium-ion à basse température. La composition et les propriétés physicochimiques des électrolytes affectent la conductivité des ions, la stabilité électrochimique et l'activité de réaction des électrodes, influençant ainsi le comportement des batteries dans les environnements froids.

(5). Q : Quelles sont les pistes de recherche prometteuses pour améliorer les performances des batteries lithium-ion à basse température ?

R : Les efforts de recherche se concentrent sur l'optimisation des caractéristiques de l'électrolyte, l'amélioration de la stabilité du matériau de la cathode et l'exploration de technologies de batteries alternatives telles que les batteries lithium-ion à l'état solide. Ces approches visent à résoudre des problèmes tels que la mauvaise conductivité, le placage de lithium et la croissance des SEI, afin d'améliorer la fiabilité et les performances des batteries dans des conditions froides.