מהם הגורמים המשפיעים על ביצועי הטמפרטורה הנמוכה של סוללות ליתיום יון?

עם ההתפתחות המהירה של בטריות ליתיום בתחום הרכב החשמלי והתעשייה הצבאית, ביצועי הטמפרטורה הנמוכים אינם יכולים להסתגל למזג האוויר המיוחד בטמפרטורה הנמוכה או לפגמים סביבתיים קיצוניים.בתנאי טמפרטורה נמוכים, כושר הפריקה האפקטיבי ואנרגיית הפריקה האפקטיבית של סוללות ליתיום-יון יופחתו באופן משמעותי, ובמקביל כמעט בלתי אפשרי לטעון בסביבה מתחת ל-10 מעלות צלזיוס, מה שמגביל ברצינות את היישום של ליתיום סוללות -יון.

גורמים המשפיעים על ביצועי הטמפרטורה הנמוכה של בטריות ליתיום

סוללת הליתיום יון מורכבת בעיקר מחומר אלקטרודה חיובית, חומר אלקטרודה שלילית, מפריד ואלקטרוליט. בטריות ליתיום בסביבה של טמפרטורה נמוכה מאופיינים בירידה בפלטפורמת מתח הפריקה, קיבולת פריקה נמוכה, דעיכה מהירה בקיבולת וביצועי קצב גרועים.הגורמים העיקריים המגבילים את ביצועי הטמפרטורה הנמוכה של סוללות ליתיום יון הם הבאים:

※ מבנה אלקטרודה חיובי

המבנה התלת מימדי של חומר האלקטרודה החיובית מגביל את קצב הדיפוזיה של יוני ליתיום, וההשפעה ברורה במיוחד בטמפרטורות נמוכות.חומרי הקתודה של סוללות ליתיום יון כוללים פוספט ליתיום ברזל מסחרי, חומרים טרינריים ניקל קובלט מנגן, ליתיום מנגן, תחמוצת ליתיום קובלט וכו', וכוללים גם חומרים קתודיים במתח גבוה כגון תחמוצת ליתיום ניקל מנגן ופוספט ליתיום ברזל מנגן בפיתוח שלב., ליתיום ונדיום פוספט וכדומה.לחומרי אלקטרודה חיוביים שונים יש מבנים תלת מימדיים שונים.כיום, חומרי האלקטרודה החיוביים המשמשים כסוללות חשמל לרכבים חשמליים הם בעיקר פוספט ליתיום ברזל, חומרים טרינריים של ניקל קובלט מנגן וליתיום מנגנט.Wu Wendi וחב' חקרו את ביצועי הפריקה של סוללת ליתיום ברזל פוספט וסוללת ניקל קובלט מנגן ב-20 מעלות צלזיוס. נמצא כי קיבולת הפריקה של סוללת ליתיום ברזל פוספט ב-20 מעלות צלזיוס יכולה להגיע רק ל-67.38% מהטמפרטורה הרגילה קיבולת, בעוד ניקל קובלט מנגן שלוש הסוללה יכולה להגיע ל-70.1%.Du Xiaoli וחב' מצאו שסוללת תחמוצת הליתיום מנגן יכולה להגיע ל-83% מקיבולת הטמפרטורה הרגילה ב-20 מעלות צלזיוס.

※ ממס בנקודת התכה גבוהה

עקב נוכחות של ממס נקודת התכה גבוהה בממס המעורב אלקטרוליט, צמיגות האלקטרוליט של סוללת הליתיום יון עולה בסביבה בטמפרטורה נמוכה, וכאשר הטמפרטורה נמוכה מדי, מתרחשת תופעת התמצקות האלקטרוליטים, וכתוצאה מכך ירידה ב- קצב ההובלה של יוני ליתיום באלקטרוליט.

※ קצב דיפוזיה של יוני ליתיום

קצב הדיפוזיה של יוני ליתיום באנודת הגרפיט מופחת בסביבה בטמפרטורה נמוכה.מערכת שיאנג יו חקרה את ההשפעה של אנודת גרפיט על ביצועי הפריקה בטמפרטורה נמוכה של סוללת ליתיום-יון, והציעה שהתנגדות נדידת המטען של סוללת ליתיום-יון עולה בסביבה בטמפרטורה נמוכה, מה שמוביל לירידה בדיפוזיה של ליתיום-יון. שיעור באנודת גרפיט, המשפיע על הביצועים בטמפרטורה נמוכה של סוללת ליתיום-יון.סיבה חשובה.

※ סרט SEI

בסביבת הטמפרטורה הנמוכה, סרט ה-SEI של האלקטרודה השלילית של סוללת הליתיום יון מעובה, והעלייה של עכבת סרט ה-SEI מובילה לירידה בקצב ההולכה של יוני הליתיום בסרט ה-SEI.לבסוף, סוללת הליתיום יון נטענת ונפרקת בסביבה בטמפרטורה נמוכה כדי ליצור קיטוב להפחתת יעילות הטעינה והפריקה.

※ ט או לסכם

נכון לעכשיו, גורמים רבים משפיעים על ביצועי הטמפרטורה הנמוכה של סוללות ליתיום יון, כגון מבנה האלקטרודה החיובית, קצב הנדידה של יוני ליתיום בחלקים שונים של הסוללה, העובי וההרכב הכימי של סרט SEI, והבחירה של מלחי ליתיום וממיסים באלקטרוליט.

ביצועים בטמפרטורה נמוכה מגבילים את היישום של בטריות ליתיום בתחום הרכב החשמלי, התעשייה הצבאית וסביבות האקסטרים.פיתוח סוללות ליתיום-יון בעלות ביצועים מצוינים בטמפרטורות נמוכות הוא דרישה דחופה בשוק.