குளிர்காலத்தில் லித்தியம் பேட்டரி திறன் ஏன் குறைகிறது?

குளிர்காலத்தில் லித்தியம் பேட்டரி திறன் ஏன் குறைகிறது?

சந்தையில் நுழைந்ததிலிருந்து, நீண்ட ஆயுட்காலம், பெரிய குறிப்பிட்ட திறன் மற்றும் நினைவக விளைவு இல்லாதது போன்ற நன்மைகள் காரணமாக லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகள் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் குறைந்த வெப்பநிலை பயன்பாடு குறைந்த திறன், கடுமையான தணிப்பு, மோசமான சுழற்சி வீத செயல்திறன், வெளிப்படையான லித்தியம் பரிணாமம் மற்றும் சமநிலையற்ற லித்தியம் அகற்றுதல் மற்றும் செருகுதல் போன்ற சிக்கல்களைக் கொண்டுள்ளது. இருப்பினும், பயன்பாட்டு புலங்களின் தொடர்ச்சியான விரிவாக்கத்துடன், லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் மோசமான குறைந்த-வெப்பநிலை செயல்திறனால் கொண்டு வரப்படும் தடைகள் பெருகிய முறையில் வெளிப்படையாகத் தெரிகிறது.

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

• குறைந்த வெப்பநிலை சூழல்களில், எலக்ட்ரோலைட்டின் பாகுத்தன்மை அதிகரிக்கிறது மற்றும் ஓரளவு திடப்படுத்துகிறது, இது லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் கடத்துத்திறன் குறைவதற்கு வழிவகுக்கிறது.
• எலக்ட்ரோலைட், எதிர்மறை மின்முனை மற்றும் பிரிப்பான் ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான இணக்கத்தன்மை குறைந்த வெப்பநிலை சூழல்களில் மோசமடைகிறது.
• குறைந்த வெப்பநிலை சூழலில் லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் எதிர்மறை மின்முனையானது கடுமையான லித்தியம் மழைப்பொழிவை அனுபவிக்கிறது, மேலும் படிந்த உலோக லித்தியம் எலக்ட்ரோலைட்டுடன் வினைபுரிகிறது, இதன் விளைவாக அதன் தயாரிப்புகளின் படிவு மற்றும் திட எலக்ட்ரோலைட் இடைமுகத்தின் (SEI) தடிமன் அதிகரிக்கிறது.
• குறைந்த வெப்பநிலை சூழல்களில், செயலில் உள்ள பொருளுக்குள் லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் பரவல் அமைப்பு குறைகிறது, மேலும் சார்ஜ் பரிமாற்ற மின்மறுப்பு (Rct) கணிசமாக அதிகரிக்கிறது.

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.

லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளுக்கான நேர்மறை மின்முனைப் பொருட்களின் குறைந்த வெப்பநிலை பண்புகள்

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