אילוצים של סוללות ליתיום-יון בטמפרטורה נמוכה

In recent years, people have put forward clearer and stricter requirements for the low-temperature charging performance of lithium-ion batteries. The prerequisite for meeting the low-temperature charging needs is to ensure the safety of lithium-ion batteries. During the low-temperature charging process, the negative electrode cannot undergo lithium evolution, which also puts forward clearer application requirements for materials used in lithium-ion batteries. At present, the main negative electrode materials used for large-scale applications in lithium-ion batteries are natural graphite and artificial graphite. From the structure of graphite materials and the low-temperature charging performance of battery cells, it cannot meet the performance requirements of lithium-ion batteries for low-temperature charging at the application end. Compared with artificial graphite, soft carbon materials have the structural characteristics of large interlayer spacing (>0.34nm), הזמנה לטווח קצר והפרעה מרחוק, כמו גם ביצועי טעינה מצוינים בטמפרטורות נמוכות. עם זאת, הקיבולת הספציפית הנמוכה הפיכה, היעילות הראשונית וצפיפות הדחיסה של פחמן רך מגבילות מאוד את היישום שלו בסוללות ליתיום-יון. ערבוב פחמן רך עם גרפיט מלאכותי בפרופורציה מסוימת יכול לשפר ביעילות את ביצועי הטעינה בטמפרטורה נמוכה של תא הסוללה, מבלי לגרום לקשיים והפסדים מוגזמים בייצור ובביצועים של תא הסוללה.

גורמים המגבילים את הביצועים בטמפרטורה נמוכה של סוללות ליתיום-יון

בסביבות טמפרטורות נמוכות, צמיגות האלקטרוליט עולה ואף מתמצקת חלקית, מה שמוביל לירידה במוליכות של סוללות ליתיום-יון.

התאימות בין אלקטרוליט, אלקטרודה שלילית ומפריד מתדרדרת בסביבות טמפרטורות נמוכות.

בתנאי טמפרטורה נמוכים, האלקטרודה השלילית של סוללות ליתיום-יון חווה משקעי ליתיום חמורים, והליתיום המתכת המשקע מגיב עם האלקטרוליט, וכתוצאה מכך משקעים מוצרים שמגדילים את עובי ממשק האלקטרוליטים במצב מוצק (SEI).

בסביבות בטמפרטורה נמוכה, מערכת הדיפוזיה בתוך החומר הפעיל של סוללות ליתיום-יון פוחתת, ועכבת העברת המטען (Rct) עולה באופן משמעותי.

נכון לעכשיו, החוקרים עדיין מתווכחים על הגורמים העיקריים שגורמים לביצועים גרועים בטמפרטורה נמוכה של סוללות ליתיום-יון, אך יש לכך שלוש סיבות:

1. בטמפרטורות נמוכות, צמיגות האלקטרוליט עולה והמוליכות יורדת;

2. עכבת מסכת הפנים ועכבת העברת המטען של ממשק אלקטרוליט/אלקטרודה עולה;

3. קצב הנדידה של יוני ליתיום בחומר הפעיל יורד, וכתוצאה מכך קיטוב אלקטרודות מוגבר ויכולת פריקת מטען מופחתת בטמפרטורות נמוכות.

בנוסף, במהלך טעינה בטמפרטורה נמוכה, במיוחד במהלך טעינה בטמפרטורה גבוהה בקצב גבוה, מתכת ליתיום תשקע ותשקע על האלקטרודה השלילית. ליתיום המתכת המושקע יגיב בקלות באופן בלתי הפיך עם האלקטרוליט ויצרוך כמות גדולה של אלקטרוליט. במקביל, עובי סרט ה-SEI יגדל עוד יותר, מה שיוביל לעלייה נוספת בעכבה של מסכת הפנים על האלקטרודה השלילית של הסוללה, ולשיפור נוסף של קיטוב הסוללה, מה שיפגע מאוד בביצועי הטמפרטורה הנמוכה, חיי המחזור וביצועי הבטיחות של הסוללה.