Раскрытие тайны: Почему литиевые батареи "боятся" низких температур?

1.Введение:

С момента их появления на рынке, литий-ионные аккумуляторы получили широкое распространение благодаря длительному сроку службы, высокой плотности энергии и отсутствию эффекта памяти. Однако одной из постоянных проблем литий-ионных батарей является их работа при низких температурах, характеризующаяся снижением емкости, сильной деградацией, плохим циклированием, значительным окислением лития и нарушением баланса лития при разрядке. По мере расширения сфер применения литий-ионных батарей в промышленности все более очевидными становятся ограничения, накладываемые их низкой производительностью в холодных условиях.

2,Факторы, ограничивающие производительность литий-ионных батарей при низких температурах:

Вязкость и совместимость электролита: При низких температурах вязкость электролита увеличивается, что приводит к снижению проводимости и совместимости электролита с отрицательным электродом и сепаратором.

Осаждение лития и рост межфазных слоев твердого электролита (SEI): Отрицательный электрод литий-ионных батарей подвергается сильному литиевому осаждению при низких температурах, что приводит к осаждению металлического лития и образованию толстых слоев SEI в результате реакций с электролитом.

Ограничение диффузии и импеданс переноса заряда: Низкие температуры уменьшают внутреннюю диффузию активных материалов в литий-ионных батареях, что приводит к значительному увеличению импеданса переноса заряда.

3,Обсуждение факторов, влияющих на производительность литий-ионных батарей при низких температурах:

Мнение эксперта 1: Электролит оказывает наибольшее влияние на низкотемпературные характеристики литий-ионных батарей, причем его состав и физико-химические свойства играют решающую роль.

Экспертное мнение 2: Основным фактором, ограничивающим производительность литий-ионных батарей при низких температурах, является резкое увеличение сопротивления диффузии Li+, а не мембрана SEI.

4,Низкотемпературные характеристики материалов катодов литий-ионных батарей:

Слоистые катодные материалы: Такие материалы, как LiCoO2, демонстрируют снижение напряжения разряда и общей емкости при более низких температурах.

Шпинельные катодные материалы: LiMn2O4, хотя и является экономически эффективным и нетоксичным, сталкивается с проблемами структурной нестабильности и плохой обратимости из-за переменных состояний окисления Mn.

Фосфатные катодные материалы: LiFePO4 страдает от плохой проводимости и диффузии при низких температурах, что приводит к повышенному внутреннему сопротивлению и эффектам поляризации.

5,Исследование низкотемпературных электролитов:

Исследования электролитов сосредоточены на таких факторах, как ионная проводимость, электрохимическая стабильность и активность электродных реакций, что имеет решающее значение для улучшения работы аккумуляторов при низких температурах.

6,Заключение:

Для повышения низкотемпературные характеристики литий-ионных аккумуляторовПоэтому усилия должны быть направлены на формирование тонких и плотных слоев SEI, обеспечение высоких коэффициентов диффузии Li+ в активных материалах и оптимизацию проводимости электролита. Кроме того, изучение альтернативных аккумуляторных технологий, таких как твердотельные литий-ионные батареи, открывает перспективы для преодоления деградации емкости и проблем безопасности, связанных с использованием при низких температурах.

7, Проблемы, связанные с температурой литиевой батареи

(1). Вопрос: С какими основными проблемами сталкиваются литий-ионные батареи при низких температурах?

О: При низких температурах литий-ионные аккумуляторы сталкиваются с рядом проблем, таких как снижение емкости, сильная деградация, плохая цикличность, значительное осаждение лития и нарушение баланса лития во время разряда. Эти проблемы ограничивают их функциональность и создают трудности в различных отраслях промышленности.

(2). Вопрос: Как вязкость электролита влияет на работу литий-ионных аккумуляторов в холодных условиях?

О: Вязкость электролита увеличивается при низких температурах, что приводит к снижению проводимости и совместимости между электролитом и отрицательным электродом и сепаратором. Это явление затрудняет перенос ионов и усиливает поляризацию, способствуя снижению производительности батареи.

(3). Вопрос: Какое значение имеют характеристики материала катода для решения низкотемпературных задач?

О: Материалы катодов играют решающую роль в определении характеристик аккумуляторов при низких температурах. Например, слоистые катодные материалы, такие как LiCoO2, демонстрируют снижение напряжения разряда и общей емкости в более холодных условиях, что подчеркивает необходимость в материалах с повышенной стабильностью и обратимостью.

(4). Вопрос: Как эксперты оценивают роль электролитов в смягчении низкотемпературного воздействия на литий-ионные батареи?

О: Эксперты подчеркивают, что электролиты оказывают наиболее значительное влияние на работу литий-ионных аккумуляторов при низких температурах. Состав и физико-химические свойства электролитов влияют на ионную проводимость, электрохимическую стабильность и активность электродных реакций, тем самым влияя на поведение батареи в холодной среде.

(5). Вопрос: Какие направления исследований обещают улучшить работу литий-ионных батарей при низких температурах?

О: Исследовательские работы направлены на оптимизацию характеристик электролита, повышение стабильности материала катода и изучение альтернативных технологий производства батарей, таких как твердотельные литий-ионные батареи. Эти подходы направлены на решение таких проблем, как плохая проводимость, литиевое покрытие и рост SEI, что в конечном итоге повысит надежность и производительность батарей в холодных условиях.