2023-11-29
குளிர்காலத்தில் லித்தியம் பேட்டரி திறன் ஏன் குறைகிறது?
அறிக்கைகளின்படி, -20 ℃ இல் லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் வெளியேற்ற திறன் அறை வெப்பநிலையில் 31.5% மட்டுமே. பாரம்பரிய லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகள் -20~+55 ℃ வெப்பநிலையில் இயங்குகின்றன. இருப்பினும், விண்வெளி, இராணுவம் மற்றும் மின்சார வாகனங்கள் போன்ற துறைகளில், பேட்டரி சாதாரணமாக -40 ℃ இல் இயங்குவது அவசியம். எனவே, லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் குறைந்த வெப்பநிலை பண்புகளை மேம்படுத்துவது மிகவும் முக்கியத்துவம் வாய்ந்தது.
லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் குறைந்த வெப்பநிலை செயல்திறனைக் கட்டுப்படுத்தும் காரணிகள்
நிபுணர் கருத்து 1: லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் குறைந்த-வெப்பநிலை செயல்திறனில் எலக்ட்ரோலைட் மிகப்பெரிய தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது, மேலும் எலக்ட்ரோலைட்டின் கலவை மற்றும் இயற்பியல் வேதியியல் பண்புகள் பேட்டரிகளின் குறைந்த-வெப்பநிலை செயல்திறனில் முக்கிய தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகின்றன. பேட்டரிகளின் குறைந்த வெப்பநிலை சைக்கிள் ஓட்டுதலால் எதிர்கொள்ளும் பிரச்சனை என்னவென்றால், எலக்ட்ரோலைட்டின் பாகுத்தன்மை அதிகரிக்கிறது, அயனி கடத்தல் வேகம் குறைகிறது மற்றும் வெளிப்புற சுற்றுகளில் எலக்ட்ரான்களின் இடம்பெயர்வு வேகம் பொருந்தவில்லை, இதன் விளைவாக பேட்டரியின் கடுமையான துருவமுனைப்பு மற்றும் கூர்மையானது. சார்ஜ் மற்றும் வெளியேற்றும் திறன் குறைதல். குறிப்பாக குறைந்த வெப்பநிலையில் சார்ஜ் செய்யும் போது, லித்தியம் அயனிகள் எதிர்மறை மின்முனை மேற்பரப்பில் எளிதில் லித்தியம் டென்ட்ரைட்டுகளை உருவாக்கி, பேட்டரி செயலிழக்க வழிவகுக்கும்.
எலக்ட்ரோலைட்டின் குறைந்த வெப்பநிலை செயல்திறன் அதன் சொந்த கடத்துத்திறனுடன் நெருக்கமாக தொடர்புடையது. அதிக கடத்துத்திறன் கொண்ட எலக்ட்ரோலைட்டுகள் அயனிகளை விரைவாக கொண்டு செல்கின்றன மற்றும் குறைந்த வெப்பநிலையில் அதிக திறனை செலுத்த முடியும். எலக்ட்ரோலைட்டில் எவ்வளவு லித்தியம் உப்புகள் பிரிகின்றன, அதிக இடம்பெயர்வு ஏற்படுகிறது, மேலும் கடத்துத்திறன் அதிகமாகும். அதிக கடத்துத்திறன் மற்றும் வேகமான அயனி கடத்தல் விகிதம், சிறிய துருவமுனைப்பு பெறப்பட்டது, மேலும் குறைந்த வெப்பநிலையில் பேட்டரியின் செயல்திறன் சிறப்பாக இருக்கும். எனவே, லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் நல்ல குறைந்த வெப்பநிலை செயல்திறனை அடைவதற்கு அதிக கடத்துத்திறன் அவசியமான நிபந்தனையாகும்.
எலக்ட்ரோலைட்டின் கடத்துத்திறன் அதன் கலவையுடன் தொடர்புடையது, மேலும் கரைப்பானின் பாகுத்தன்மையைக் குறைப்பது எலக்ட்ரோலைட்டின் கடத்துத்திறனை மேம்படுத்துவதற்கான வழிகளில் ஒன்றாகும். குறைந்த வெப்பநிலையில் கரைப்பான்களின் நல்ல திரவத்தன்மை அயனி போக்குவரத்துக்கான உத்தரவாதமாகும், மேலும் குறைந்த வெப்பநிலையில் எதிர்மறை மின்முனையில் எலக்ட்ரோலைட்டால் உருவாகும் திட எலக்ட்ரோலைட் படமும் லித்தியம் அயன் கடத்தலை பாதிக்கும் முக்கிய காரணியாகும், மேலும் RSEI லித்தியத்தின் முக்கிய மின்மறுப்பு ஆகும். குறைந்த வெப்பநிலை சூழலில் அயன் பேட்டரிகள்.
நிபுணர் 2: லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் குறைந்த-வெப்பநிலை செயல்திறனைக் கட்டுப்படுத்தும் முக்கிய காரணி, SEI சவ்வைக் காட்டிலும் குறைந்த வெப்பநிலையில் வேகமாக அதிகரித்து வரும் Li+ பரவல் மின்மறுப்பு ஆகும்.
1. அடுக்கு நேர்மறை மின்முனைப் பொருட்களின் குறைந்த வெப்பநிலை பண்புகள்
அடுக்கு அமைப்பு, ஒரு பரிமாண லித்தியம்-அயன் பரவல் சேனல்கள் மற்றும் முப்பரிமாண சேனல்களின் கட்டமைப்பு நிலைத்தன்மையுடன் ஒப்பிடும்போது இணையற்ற விகித செயல்திறன் கொண்டது, இது லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளுக்கு வணிக ரீதியாக கிடைக்கக்கூடிய ஆரம்பகால நேர்மறை மின்முனை பொருளாகும். அதன் பிரதிநிதிப் பொருட்களில் LiCoO2, Li (Co1 xNix) O2 மற்றும் Li (Ni, Co, Mn) O2 ஆகியவை அடங்கும்.
Xie Xiaohua மற்றும் பலர். LiCoO2/MCMB ஐப் படித்து அதன் குறைந்த வெப்பநிலை சார்ஜிங் மற்றும் டிஸ்சார்ஜிங் பண்புகளை சோதித்தது.
வெப்பநிலை குறைவதால், டிஸ்சார்ஜ் பீடபூமி 3.762V (0 ℃) இலிருந்து 3.207V (-30 ℃) ஆக குறைந்துள்ளது என்று முடிவுகள் காட்டுகின்றன; மொத்த பேட்டரி திறனும் 78.98mA · h (0 ℃) இலிருந்து 68.55mA · h (-30 ℃) ஆகக் குறைந்துள்ளது.
2. ஸ்பைனல் கட்டமைக்கப்பட்ட கேத்தோடு பொருட்களின் குறைந்த வெப்பநிலை பண்புகள்
ஸ்பைனல் கட்டமைக்கப்பட்ட LiMn2O4 கேத்தோடு பொருள் அதன் Co உறுப்பு இல்லாததால் குறைந்த விலை மற்றும் நச்சுத்தன்மையற்ற நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளது.
இருப்பினும், Mn இன் மாறி வேலன்ஸ் நிலைகள் மற்றும் Mn3+ இன் Jahn Teller விளைவு ஆகியவை கட்டமைப்பு உறுதியற்ற தன்மை மற்றும் இந்த கூறுகளின் மோசமான மீள்தன்மையை ஏற்படுத்துகின்றன.
பெங் ஜெங்ஷுன் மற்றும் பலர். பல்வேறு தயாரிப்பு முறைகள் LiMn2O4 கேத்தோடு பொருட்களின் மின்வேதியியல் செயல்திறனில் பெரும் தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகின்றன என்று சுட்டிக்காட்டினார். உதாரணமாக Rct ஐ எடுத்துக் கொள்ளுங்கள்: உயர்-வெப்பநிலை திட கட்ட முறையால் தொகுக்கப்பட்ட LiMn2O4 இன் Rct ஆனது சோல் ஜெல் முறையால் தொகுக்கப்பட்டதை விட கணிசமாக அதிகமாக உள்ளது, மேலும் இந்த நிகழ்வு லித்தியம் அயன் பரவல் குணகத்திலும் பிரதிபலிக்கிறது. இதற்கு முக்கிய காரணம், வெவ்வேறு தொகுப்பு முறைகள் தயாரிப்புகளின் படிகத்தன்மை மற்றும் உருவ அமைப்பில் குறிப்பிடத்தக்க தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகின்றன.
3. பாஸ்பேட் அமைப்பு கேத்தோடு பொருட்களின் குறைந்த வெப்பநிலை பண்புகள்
LiFePO4, மும்மைப் பொருட்களுடன் சேர்ந்து, அதன் சிறந்த தொகுதி நிலைத்தன்மை மற்றும் பாதுகாப்பு காரணமாக மின் பேட்டரிகளுக்கான முக்கிய நேர்மறை மின்முனை பொருளாக மாறியுள்ளது. லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட்டின் மோசமான குறைந்த-வெப்பநிலை செயல்திறன் அதன் பொருள் இன்சுலேட்டராக இருப்பதால், குறைந்த மின்னணு கடத்துத்திறன், மோசமான லித்தியம் அயன் பரவல் மற்றும் குறைந்த வெப்பநிலையில் மோசமான கடத்துத்திறன், இது பேட்டரியின் உள் எதிர்ப்பை அதிகரிக்கிறது மற்றும் துருவமுனைப்பால் பெரிதும் பாதிக்கப்படுகிறது. , பேட்டரியின் சார்ஜிங் மற்றும் டிஸ்சார்ஜ் செய்வதைத் தடுக்கிறது, இதன் விளைவாக திருப்தியற்ற குறைந்த வெப்பநிலை செயல்திறன்.
குறைந்த வெப்பநிலையில் LiFePO4 இன் கட்டணம் மற்றும் வெளியேற்ற நடத்தையைப் படிக்கும் போது, Gu Yijie மற்றும் பலர். அதன் கூலம்பிக் செயல்திறன் முறையே 55 ℃ இல் 100% இலிருந்து 0 ℃ இல் 96% ஆகவும் -20 ℃ இல் 64% ஆகவும் குறைந்துள்ளது. வெளியேற்ற மின்னழுத்தம் 55 ℃ இல் 3.11V இலிருந்து -20 ℃ இல் 2.62V ஆக குறைகிறது.
ஜிங் மற்றும் பலர். நானோகார்பனைப் பயன்படுத்தி LiFePO4 ஐ மாற்றியமைத்தது மற்றும் நானோகார்பன் கடத்தும் முகவர்களின் சேர்க்கையானது LiFePO4 இன் மின்வேதியியல் செயல்திறனின் வெப்பநிலைக்கு உணர்திறனைக் குறைத்து அதன் குறைந்த-வெப்பநிலை செயல்திறனை மேம்படுத்தியது. மாற்றியமைக்கப்பட்ட LiFePO4 இன் வெளியேற்ற மின்னழுத்தம் 25 ℃ இல் 3.40V இலிருந்து -25 ℃ இல் 3.09V ஆக குறைந்தது, 9.12% மட்டுமே குறைந்துள்ளது; மேலும் அதன் பேட்டரி திறன் -25 ℃ இல் 57.3%, நானோ கார்பன் கடத்தும் முகவர்கள் இல்லாமல் 53.4% ஐ விட அதிகமாக உள்ளது.
சமீபத்தில், LiMnPO4 மக்களிடையே வலுவான ஆர்வத்தைத் தூண்டியுள்ளது. LiMnPO4 ஆனது அதிக திறன் (4.1V), மாசு இல்லாதது, குறைந்த விலை மற்றும் பெரிய குறிப்பிட்ட திறன் (170mAh/g) போன்ற நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளது என்று ஆராய்ச்சி கண்டறிந்துள்ளது. இருப்பினும், LiFePO4 உடன் ஒப்பிடும்போது LiMnPO4 இன் குறைந்த அயனி கடத்துத்திறன் காரணமாக, நடைமுறையில் LiMn0.8Fe0.2PO4 திடமான கரைசல்களை உருவாக்க, Mn ஐ பகுதியளவில் மாற்றுவதற்கு Fe பெரும்பாலும் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளுக்கான எதிர்மறை மின்முனைப் பொருட்களின் குறைந்த வெப்பநிலை பண்புகள்
நேர்மறை மின்முனைப் பொருட்களுடன் ஒப்பிடும்போது, லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளில் எதிர்மறை மின்முனைப் பொருட்களின் குறைந்த-வெப்பநிலை சிதைவு நிகழ்வு மிகவும் கடுமையானது, முக்கியமாக பின்வரும் மூன்று காரணங்களால்:
குறைந்த வெப்பநிலை எலக்ட்ரோலைட்டுகள் பற்றிய ஆராய்ச்சி
லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளில் Li+ஐ கடத்துவதில் எலக்ட்ரோலைட் ஒரு பங்கு வகிக்கிறது, மேலும் அதன் அயனி கடத்துத்திறன் மற்றும் SEI பட உருவாக்கம் செயல்திறன் பேட்டரியின் குறைந்த வெப்பநிலை செயல்திறனில் குறிப்பிடத்தக்க தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது. குறைந்த வெப்பநிலை எலக்ட்ரோலைட்டுகளின் தரத்தை மதிப்பிடுவதற்கு மூன்று முக்கிய குறிகாட்டிகள் உள்ளன: அயனி கடத்துத்திறன், மின்வேதியியல் சாளரம் மற்றும் மின்முனை எதிர்வினை செயல்பாடு. இந்த மூன்று குறிகாட்டிகளின் நிலை பெரும்பாலும் அவற்றின் தொகுதிப் பொருட்களைப் பொறுத்தது: கரைப்பான்கள், எலக்ட்ரோலைட்டுகள் (லித்தியம் உப்புகள்) மற்றும் சேர்க்கைகள். எனவே, எலக்ட்ரோலைட்டின் பல்வேறு பகுதிகளின் குறைந்த வெப்பநிலை செயல்திறன் பற்றிய ஆய்வு பேட்டரிகளின் குறைந்த வெப்பநிலை செயல்திறனைப் புரிந்துகொள்வதற்கும் மேம்படுத்துவதற்கும் மிகவும் முக்கியத்துவம் வாய்ந்தது.
பேட்டரி கலவையுடன் கூடுதலாக, நடைமுறை செயல்பாட்டில் உள்ள செயல்முறை காரணிகளும் பேட்டரி செயல்திறனில் குறிப்பிடத்தக்க தாக்கத்தை ஏற்படுத்தும்.
(1) தயாரிப்பு செயல்முறை. யாகூப் மற்றும் பலர். LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2/Graphite பேட்டரிகளின் குறைந்த-வெப்பநிலை செயல்திறனில் மின்முனை சுமை மற்றும் பூச்சு தடிமன் ஆகியவற்றின் விளைவை ஆய்வு செய்தது மற்றும் திறன் தக்கவைப்பின் அடிப்படையில், சிறிய மின்முனை சுமை மற்றும் மெல்லிய பூச்சு அடுக்கு சிறந்தது என்பதைக் கண்டறிந்தது. குறைந்த வெப்பநிலை செயல்திறன்.
(2) சார்ஜிங் மற்றும் டிஸ்சார்ஜிங் நிலை. Petzl மற்றும் பலர். பேட்டரிகளின் சுழற்சி ஆயுளில் குறைந்த-வெப்பநிலை சார்ஜிங் மற்றும் டிஸ்சார்ஜிங் நிலைமைகளின் விளைவை ஆய்வு செய்தது மற்றும் வெளியேற்ற ஆழம் பெரியதாக இருக்கும்போது, அது குறிப்பிடத்தக்க திறன் இழப்பை ஏற்படுத்தும் மற்றும் சுழற்சி ஆயுளைக் குறைக்கும்.
(3) பிற காரணிகள். மேற்பரப்பு பகுதி, துளை அளவு, மின்முனை அடர்த்தி, மின்முனைக்கும் எலக்ட்ரோலைட்டுக்கும் இடையே உள்ள ஈரப்பதம் மற்றும் பிரிப்பான் அனைத்தும் லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் குறைந்த வெப்பநிலை செயல்திறனை பாதிக்கிறது. கூடுதலாக, பேட்டரிகளின் குறைந்த வெப்பநிலை செயல்திறனில் பொருள் மற்றும் செயல்முறை குறைபாடுகளின் தாக்கத்தை புறக்கணிக்க முடியாது.
லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் குறைந்த-வெப்பநிலை செயல்திறனை உறுதி செய்ய, பின்வரும் புள்ளிகள் நன்றாக செய்யப்பட வேண்டும்:
(1) ஒரு மெல்லிய மற்றும் அடர்த்தியான SEI படத்தை உருவாக்குதல்;
(2) Li+ செயலில் உள்ள பொருளில் அதிக பரவல் குணகம் இருப்பதை உறுதி செய்யவும்;
(3) எலக்ட்ரோலைட்டுகள் குறைந்த வெப்பநிலையில் அதிக அயனி கடத்துத்திறன் கொண்டவை.
கூடுதலாக, ஆராய்ச்சி வேறுபட்ட அணுகுமுறையை எடுக்கலாம் மற்றும் மற்றொரு வகை லித்தியம்-அயன் பேட்டரி மீது கவனம் செலுத்தலாம் - அனைத்து திட நிலை லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகள். வழக்கமான லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளுடன் ஒப்பிடும்போது, அனைத்து திட-நிலை லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகள், குறிப்பாக அனைத்து திட-நிலை மெல்லிய-பட லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகள், குறைந்த வெப்பநிலையில் பயன்படுத்தப்படும் பேட்டரிகளின் திறன் சிதைவு மற்றும் சைக்கிள் ஓட்டுதல் பாதுகாப்பு சிக்கல்களை முழுமையாக தீர்க்கும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.