Co rápido desenvolvemento dos vehículos eléctricos en todo o mundo, o tamaño do mercado dos vehículos eléctricos alcanzou os 1 billón de dólares en 2020 e seguirá crecendo a un ritmo de máis do 20% ao ano no futuro. Polo tanto, os vehículos eléctricos como un importante modo de transporte, os requisitos de rendemento para as baterías de enerxía serán cada vez máis altos e non se debe ignorar o impacto da decadencia da batería no rendemento da batería de enerxía en ambientes de baixa temperatura. As principais razóns para a decadencia da batería en ambientes de baixa temperatura son: En primeiro lugar, a baixa temperatura afecta á pequena resistencia interna da batería, a área de difusión térmica é grande e a resistencia interna da batería aumenta. En segundo lugar, a batería dentro e fóra da capacidade de transferencia de carga é pobre, a deformación da batería ocorrerá cando a polarización local irreversible. En terceiro lugar, a baixa temperatura do movemento molecular do electrólito é lenta e difícil de difundir no tempo cando a temperatura aumenta. Polo tanto, a decadencia da batería a baixa temperatura é grave, o que provoca unha grave degradación do rendemento da batería.
1, o estado da tecnoloxía de batería de baixa temperatura
Os requisitos de rendemento técnico e material das baterías de ión-litio preparadas a baixas temperaturas son elevados. A grave degradación do rendemento da batería de iones de litio en ambientes de baixa temperatura débese ao aumento da resistencia interna, o que leva á dificultade da difusión dos electrólitos e á duración do ciclo celular reducido. Polo tanto, a investigación sobre a tecnoloxía de baterías de baixa temperatura fixo algúns avances nos últimos anos. As baterías tradicionais de iones de litio de alta temperatura teñen un rendemento pobre a alta temperatura e o seu rendemento aínda é inestable en condicións de baixa temperatura; gran volume de celas de baixa temperatura, baixa capacidade e baixo rendemento do ciclo de baixa temperatura; a polarización é significativamente máis forte a baixas temperaturas que a altas; o aumento da viscosidade do electrólito a baixa temperatura leva a unha redución do número de ciclos de carga/descarga; redución da seguridade das células e redución da duración da batería a baixa temperatura; e rendemento reducido no uso a baixa temperatura. Ademais, o curto ciclo de vida da batería a baixa temperatura e os riscos de seguridade das celas de baixa temperatura presentaron novos requisitos para a seguridade das baterías de enerxía. Polo tanto, o desenvolvemento de materiais de batería estables, seguros, fiables e de longa duración para ambientes de baixa temperatura é o foco da investigación sobre baterías de iones de litio de baixa temperatura. Actualmente, hai varios materiais para baterías de iones de litio de baixa temperatura: (1) materiais de ánodo de litio metálico: o metal de litio úsase amplamente nos vehículos eléctricos debido á súa alta estabilidade química, alta condutividade eléctrica e rendemento de carga e descarga a baixa temperatura; (2) os materiais de ánodo de carbono son amplamente utilizados nos vehículos eléctricos pola súa boa resistencia á calor, o rendemento do ciclo a baixa temperatura, a baixa condutividade eléctrica e a vida do ciclo a baixa temperatura a baixas temperaturas; (3) Os materiais de ánodo de carbono son amplamente utilizados nos vehículos eléctricos pola súa boa resistencia á calor, o rendemento do ciclo a baixa temperatura, a baixa condutividade eléctrica e a vida útil do ciclo a baixa temperatura. en; (3) os electrólitos orgánicos teñen un bo rendemento a baixa temperatura; (4) electrólitos de polímeros: as cadeas moleculares de polímeros son relativamente curtas e teñen alta afinidade; (5) materiais inorgánicos: os polímeros inorgánicos teñen bos parámetros de rendemento (condutividade) e boa compatibilidade entre a actividade dos electrólitos; (6) os óxidos metálicos son menos; (7) materiais inorgánicos: polímeros inorgánicos, etc.
2 、 O efecto do ambiente de baixa temperatura na batería de litio
O ciclo de vida das baterías de litio depende principalmente do proceso de descarga, mentres que a baixa temperatura é un factor que ten un maior impacto na vida útil dos produtos de litio. Normalmente, en ambientes de baixa temperatura, a superficie da batería sufrirá un cambio de fase que causará danos na estrutura da superficie, acompañado dunha redución da capacidade e da capacidade das células. En condicións de alta temperatura, xérase gas na célula, o que acelerará a difusión térmica; a baixa temperatura, o gas non se pode descargar a tempo, acelerando o cambio de fase do líquido da batería; canto menor sexa a temperatura, máis gas se xera e máis lento é o cambio de fase do líquido da batería. Polo tanto, o cambio de material interno da batería é máis drástico e complexo a baixa temperatura, e é máis fácil xerar gases e sólidos dentro do material da batería; ao mesmo tempo, a baixa temperatura levará a unha serie de reaccións destrutivas como a rotura irreversible de enlaces químicos na interface entre o material do cátodo e o electrólito; tamén levará á redución da autoensamblaxe dos electrólitos e da vida útil do ciclo; reducirase a capacidade de transferencia de carga de ión litio ao electrólito; o proceso de carga e descarga provocará unha serie de reaccións en cadea, como o fenómeno de polarización durante a transferencia de carga de ión-litio, a diminución da capacidade da batería e a liberación de estrés interno, o que afecta o ciclo de vida e a densidade de enerxía das baterías de ión-litio e outras funcións. Canto máis baixa sexa a temperatura a baixa temperatura, máis intensas e complexas serán as diversas reaccións destrutivas, como a reacción redox na superficie da batería, a difusión térmica, o cambio de fase no interior da célula e mesmo a destrución completa, desencadearán á súa vez unha serie de reaccións en cadea como o electrólito. autoensamblado, canto máis lenta sexa a velocidade de reacción, máis grave será a diminución da capacidade da batería e menor será a capacidade de migración da carga de ións de litio a altas temperaturas.
3、 Baixa temperatura no progreso das perspectivas de investigación da tecnoloxía de batería de litio
No ambiente de baixa temperatura, a seguridade, a vida útil do ciclo e a estabilidade da temperatura das células da batería veranse afectadas, e non se pode ignorar o impacto da baixa temperatura na vida útil das baterías de litio. Na actualidade, a investigación e desenvolvemento de tecnoloxía de baterías de baixa temperatura usando diafragma, electrólitos, materiais de electrodos positivos e negativos e outros métodos fixeron algúns progresos. No futuro, o desenvolvemento da tecnoloxía de batería de litio de baixa temperatura debe mellorarse a partir dos seguintes aspectos: (1) o desenvolvemento dun sistema de material de batería de litio con alta densidade de enerxía, longa vida, baixa atenuación, pequeno tamaño e baixo custo a baixa temperatura. ; (2) mellora continua do control da resistencia interna da batería mediante o deseño estrutural e a tecnoloxía de preparación de materiais; (3) no desenvolvemento dun sistema de batería de litio de alta capacidade e baixo custo, débese prestar atención aos aditivos de electrólitos, á interface de ións de litio e ánodo e cátodo e ao material activo interno e a outros factores clave que inflúen; (4) mellorar o rendemento do ciclo da batería (enerxía específica de carga e descarga), a estabilidade térmica da batería en ambientes de baixa temperatura, a seguridade das baterías de litio en ambientes de baixa temperatura e outras direccións de desenvolvemento da tecnoloxía da batería; (5) desenvolver solucións de sistemas de batería de enerxía de alto custo e baixo custo en condicións de baixa temperatura; (6) desenvolver produtos relacionados coa batería de baixa temperatura e promover a súa aplicación; (7) desenvolver materiais de batería resistentes a baixas temperaturas de alto rendemento e tecnoloxía de dispositivos.
Por suposto, ademais das indicacións de investigación anteriores, tamén hai moitas direccións de investigación para mellorar aínda máis o rendemento da batería en condicións de baixa temperatura, mellorar a densidade de enerxía das baterías de baixa temperatura, reducir a degradación da batería en ambientes de baixa temperatura, prolongar a vida útil da batería e outras investigacións. progreso; pero a cuestión máis importante é como conseguir un alto rendemento, alta seguridade, baixo custo, alto rango, longa vida e baixo custo a comercialización de baterías en condicións de baixa temperatura é a actual A investigación debe centrarse en romper e resolver o problema.
Hora de publicación: 22-nov-2022