Miksi litiumakun kapasiteetti laskee talvella?

Litiumioniakkuja on käytetty laajalti niiden pitkän käyttöiän, suuren ominaiskapasiteetin ja ilman muistiefektin vuoksi markkinoille tulon jälkeen. Litiumioniakkujen alhaisen lämpötilan käytössä on ongelmia, kuten alhainen kapasiteetti, voimakas vaimennus, huono syklin suorituskyky, ilmeinen litiuminsaostuminen ja epätasapainoinen litiumin deinterkalaatio. Sovellusalueiden jatkuvan laajentumisen myötä litiumioniakkujen huonon suorituskyvyn matalassa lämpötilassa aiheuttamat rajoitteet ovat kuitenkin tulleet yhä selvemmiksi.

Raporttien mukaan litiumioniakkujen purkauskapasiteetti -20 asteessa on vain noin 31,5 prosenttia huoneenlämpötilasta. Perinteisten litiumioniakkujen käyttölämpötila on välillä -20 - plus 55 astetta. Ilmailu- ja sotilasteollisuudessa, sähköajoneuvoissa ja muilla aloilla akkujen on kuitenkin toimittava normaalisti -40 asteessa. Siksi on erittäin tärkeää parantaa litiumioniakkujen matalan lämpötilan ominaisuuksia.

Litium-ioni-akkujen suorituskykyä alhaisissa lämpötiloissa rajoittavat tekijät

Alhaisessa lämpötilassa elektrolyytin viskositeetti kasvaa ja jopa osittain jähmettyy, mikä johtaa litiumioniakun johtavuuden heikkenemiseen.

Alhaisessa lämpötilassa elektrolyytin, negatiivisen elektrodin ja erottimen välinen yhteensopivuus huononee.

Litium saostuu vakavasti litiumioniakun negatiivisesta elektrodista matalassa lämpötilassa, ja saostunut metallilitium reagoi elektrolyytin kanssa, ja sen tuotteen kerrostuminen johtaa kiinteän elektrolyytin rajapinnan (SEI) paksuuden kasvuun. .

Alhaisessa lämpötilassa litiumioniakkujen diffuusiojärjestelmä aktiivisessa materiaalissa pienenee ja varauksen siirtovastus (Rct) kasvaa merkittävästi.

Keskustelu Li-ion-akkujen suorituskykyyn alhaisissa lämpötiloissa vaikuttavista tekijöistä

Asiantuntijalausunto 1: Elektrolyytillä on suurin vaikutus litiumioniakkujen suorituskykyyn matalissa lämpötiloissa, ja elektrolyytin koostumuksella sekä fysikaalisilla ja kemiallisilla ominaisuuksilla on suuri vaikutus akun suorituskykyyn alhaisessa lämpötilassa. Akun syklin kohtaama ongelma alhaisessa lämpötilassa on: elektrolyytin viskositeetti kasvaa, ionin johtavuusnopeus hidastuu ja ulkoisen piirin elektronien migraationopeus ei täsmää. Siksi akku polarisoituu voimakkaasti ja lataus- ja purkauskapasiteetti laskee jyrkästi. Erityisesti alhaisessa lämpötilassa ladattaessa litium-ionit voivat helposti muodostaa litiumdendriittejä negatiivisen elektrodin pinnalle, mikä johtaa akun vikaantumiseen.

Elektrolyytin suorituskyky matalassa lämpötilassa liittyy läheisesti itse elektrolyytin johtavuuteen. Korkean johtavuuden omaava elektrolyytti voi siirtää ioneja nopeammin ja käyttää enemmän kapasiteettia alhaisissa lämpötiloissa. Mitä enemmän dissosioituneita litiumsuoloja elektrolyytissä on, sitä enemmän migraatiolukuja ja sitä suurempi johtavuus. Mitä suurempi johtavuus, sitä nopeampi ionin johtavuus, sitä pienempi polarisaatio ja sitä parempi akun suorituskyky alhaisessa lämpötilassa. Siksi korkeampi johtavuus on välttämätön edellytys litiumioniakkujen hyvän suorituskyvyn saavuttamiseksi alhaisissa lämpötiloissa.

Elektrolyytin johtavuus liittyy elektrolyytin koostumukseen, ja liuottimen viskositeetin vähentäminen on yksi tapa lisätä elektrolyytin johtavuutta. Liuotin Liuottimen hyvä juoksevuus alhaisessa lämpötilassa takaa ionien kuljetuksen, ja elektrolyytin muodostama kiinteä elektrolyyttikalvo negatiiviselle elektrodille matalassa lämpötilassa on myös avain litiumionien johtamiseen, ja RSEI on pääimpedanssi litiumioniakkuja alhaisissa lämpötiloissa.

Asiantuntija 2: Tärkein tekijä, joka rajoittaa litiumioniakkujen suorituskykyä alhaisessa lämpötilassa, on jyrkästi lisääntynyt Li plus diffuusiovastus matalissa lämpötiloissa, ei SEI-kalvo.

Litiumioniakkujen katodimateriaalien alhaisen lämpötilan ominaisuudet

Kerrostettujen katodimateriaalien alhaisen lämpötilan ominaisuudet

Kerrosrakenne, jolla ei ole vain yksiulotteisen litiumionidiffuusiokanavan vertaansa vailla oleva suorituskyky, vaan jolla on myös kolmiulotteisen kanavan rakenteellinen stabiilisuus, on aikaisin kaupallinen litiumioniakun katodimateriaali. Sen edustavia aineita ovat LiCoO2, Li(Co1-xNix)O2 ja Li(Ni, Co, Mn)O2 ja niin edelleen.