Alhaisen lämpötilan latauksen vaikutus litiumakkuihin on peruuttamaton

Akkujen lataaminen tai purkaminen alhaisissa lämpötiloissa aiheuttaa peruuttamattomia vaurioita akulle, mikä aiheuttaa kapasiteetin laskua ja vakavia turvallisuusriskejä. Pitkäaikainen varastointi erittäin matalissa lämpötiloissa (-20 astetta) aiheuttaa myös peruuttamattomia vaurioita akulle ja vähentää sen kapasiteettia.

1. Koko litiumioniakun latausprosessi alhaisessa lämpötilassa

Litiumioniakkujen positiivinen vaihe on yleensä kolmiosainen (NCM), litiumrautafosfaattiakku (LFP) ja litiumkobolttioksidiakku (LCO), ja negatiivinen elektrodi on grafiittia (Gr). Kun akkua ladataan, litiumionit siirtyvät positiivisesta hilavakiosta litiumakun elektrolyyttikalvon yli negatiiviselle elektrodille ja sijoitetaan kiinteään grafiittikerrokseen. Ladattaessa ja purettaessa voidaan ymmärtää, että se poistuu negatiivisen grafiittielektrodin kiinteästä kerroksesta ja palaa sitten positiiviseen hilavakioon.

Kun litiumioniakun rakenteen ja lataus- ja purkausprosessin lämpötila on alhainen, molekyylin liikkeen suorituskyky heikkenee, koko reaktionopeus ja materiaalin siirtoprosessi hidastuvat, joten akun ilmeisin hitaus on litium- ioni/ Litiummolekyylien kuljetus grafiitti (negatiivinen elektrodi) kiinteässä kerroksessa ja positiivisen kertaluvun hilavakio. Siksi sähkövaiheeseen ja litiumakun elektrolyyttisivulle on kertynyt paljon litiumia. Kun akkua ladataan, litiumioneja ei voi puristaa grafiittikerrokseen, vaan ne jäävät negatiivisen elektrodin pinnalle muuttuen metalliksi litiumiksi ja kerääntyen litiumdendriiteiksi. Latauksen ja purkauksen aikana litiumioneja puristuu positiivisen vaiheen hilavakion pinnalle, mikä voi helposti saada positiivisen vaiheen halkeilemaan.

2. Alhaisen lämpötilan akun lataus aiheuttaa litiumin saostumista, mikä johtaa ilmeisiin turvallisuusriskeihin

Litiumdendriittien kasvuprosessi: Normaalia akkua ladattaessa litiumionit pääsevät säännöllisesti kiinteään grafiittikerrokseen aiheuttaen interkalaatioreaktion. Alhaisen lämpötilan akkua ladattaessa litiumionit eivät kuitenkaan pääse puristautumaan grafiittikerrokseen, vaan ne absorboituvat aina negatiivisen elektrodin pinnalla olevaan elektroniikkalaitteeseen ja muuttuvat metalliksi litiumiksi, mikä johtaa konversioreaktioon (reaktiopotentiaaliero on alempi kuin interkalaatioreaktio, joka voidaan ymmärtää vaikeammin tapahtuvaksi. Interkalaatioreaktiossa olevien aineiden on kuitenkin vaikea levitä, jolloin konversioreaktio tapahtuu helposti alhaisissa lämpötiloissa) ja kerääntyy litiumdendriiteiksi. Kuten me kaikki opimme yhdeksännen luokan kemiasta, metallilitium on erittäin reaktiivinen ja voi reagoida välittömästi litiumakun elektrolyytin kanssa. Syntyvät kemialliset komponentit ovat myös peruuttamattomia, mikä aiheuttaa kapasiteetin menetystä. Lisäksi metallilitium jatkaa kasvuaan ja kehittymistä, ja on erittäin helppo puhkaista kalvo ja yhdistää positiiviseen vaiheeseen, mikä aiheuttaa sisäisen oikosulkuvian ja aiheuttaa helposti vakavampia turvallisuusonnettomuuksia.

3. Matalan lämpötilan lataus ja purkaminen aiheuttavat positiivisen tason hiukkasten halkeilua

Matalan lämpötilan latauksen ja purkamisen aikana litiumioneja puristuu positiivisen tason hilavakion pinnalle, mikä voi helposti johtaa positiivisen tason aktiivisten hiukkasten halkeilemiseen. Toisaalta se vahingoittaa positiivisen energian raaka-aineita ja aiheuttaa kapasiteettivaurioita. Lisäksi ylimääräisten kemiallisten alkuaineiden saostuminen positiivisessa elektrodissa siirtyy negatiivisen elektrodin pinnalle ja muuttuu metallihiukkasiksi, mikä saa aikaan litiumin kertymisen.

4. Säilytys alhaisessa lämpötilassa vähentää akun kapasiteettia

Äskettäin jotkut tutkijat havaitsivat, että akkua säilytettiin vain alhaisessa lämpötilassa 48 tuntia ja asetettiin sitten huoneenlämpöön lepäämään, ja sitten kapasiteetti testattiin. Todettiin, että korkeassa lämpötilassa pitkään liotettujen akkujen kapasiteetti pienenee 3,2 %, kun niitä ladataan pienellä nopeudella (hidas lataus), mutta suurella latauksella (pikalataus) kapasiteetti pienenee vähennetty 6 prosenttia.

Kapasiteetin heikkenemiseen johtavat tekijät ovat:

1) Matala lämpötila pahentaa positiivisen vaiheen halkeilua.

2) Alhainen lämpötila saa todennäköisesti positiivisen tason hiukkaset pyörimään, jolloin ne irtoavat liimasta ja menettävät fotoelektrokatalyyttisen aktiivisuuden.