Метода побољшања перформанси литијум-јонске батерије на ниским температурама

Још увек се расправља о главним факторима лоших перформанси литијум-јонских батерија на ниским температурама. Главни разлози су: вискозност електролита се повећава на ниским температурама и проводљивост се смањује; пораст отпора мембране и отпора преноса наелектрисања интерфејса електролит / електрода; литијумови јони су у активном материјалу. Стопа миграције у медијуму опада. Као резултат, поларизација електрода на ниским температурама се повећава, а капацитет пуњења и пражњења смањује.

Током пуњења литијум-јонских батерија при ниским температурама, посебно током пуњења са високим брзинама при ниским температурама, у негативној електроди ће доћи до таложења и таложења литијумских метала. Наложени метални литијум лако је неповратно реаговати са електролитом и троши велику количину електролита. Истовремено, дебљина СЕИ филма се додатно повећава, што резултира импеданцијом површинског филма негативне електроде батерије, а опет се повећава поларизација батерије, што ће у великој мери оштетити перформансе при ниским температурама, животни век и сигурносне перформансе батерије.

Метода побољшања перформанси литијум-јонске батерије при ниским температурама Метода модификације за побољшање перформанси батерије при ниским температурама са три аспекта: позитивна електрода, електролит и негативна електрода.

1. Катодни материјал

Главни начини за побољшање перформанси дифузне јоне катодних материјала на ниским температурама су:

1 Метода површинског премазивања тела активног материјала са изврсним проводљивим материјалима побољшава проводљивост интерфејса материјала позитивне електроде, смањује импедансу интерфејса, истовремено смањујући споредне реакције материјала позитивне електроде и електролита и стабилизујући структуру материјала.

2 Тело материјала је допирано у расутом стању Мн, Ал, Цр, Мг, Ф и другим елементима, а размак слојева материјала је повећан да би се повећала брзина дифузије Ли + у телу, смањила дифузија отпор Ли + и побољшати перформансе батерије на ниским температурама.

3 Смањите величину честица материјала и скратите пут миграције Ли +. Треба истаћи да ће овај метод повећати специфичну површину материјала и повећати споредну реакцију са електролитом.

2. Електролит

Као важан део литијум-јонске батерије, електролит не само да одређује стопу миграције Ли + у течној фази, већ и учествује у стварању СЕИ филма, који игра кључну улогу у перформансама филм СЕИ. На ниским температурама повећава се вискозност електролита, смањује се проводљивост, повећава се импеданција СЕИ филма и погоршава компатибилност са позитивним и негативним материјалима, што у великој мери погоршава густину енергије и перформансе циклуса батерије.

Тренутно постоје два начина за побољшање перформанси ниских температура помоћу електролита:

(1) Побољшати проводљивост електролита при ниским температурама оптимизацијом састава растварача и употребом нових соли електролита;

(2) Користите нове адитиве за побољшање својстава СЕИ филма, чинећи га погодним за проводљивост Ли + на ниским температурама.

1 Оптимизујте састав растварача

Перформансе електролита на ниским температурама углавном су одређене његовом еутектичком тачком на ниским температурама. Ако је тачка топљења превисока, електролит се лако кристалише на ниским температурама, што ће озбиљно утицати на проводљивост електролита. Етилен карбонат (ЕЦ) је главна компонента растварача електролита, али његова тачка топљења је 36 ° Ц, а његова растворљивост у електролиту се смањује или чак таложи на ниским температурама, што има већи утицај на нискотемпературне перформансе батерија. Додавањем компонената са ниском тачком топљења и ниског вискозитета за смањење садржаја растварача ЕЦ, вискозност и тачка еутектике електролита на ниским температурама могу се ефикасно смањити, а проводљивост електролита може се побољшати.

2 Нова сол електролита

Сол електролита је једна од важних компоненти електролита, а такође је и кључни фактор за постизање одличних перформанси на ниским температурама. Тренутно је комерцијална сол електролита литијум хексафлуорофосфат, а формирани СЕИ филм има велику импедансу, што резултира лошим перформансама на ниским температурама. Предстоји развој нове врсте литијумове соли. Литијум-тетрафлуороборат има мали радијус аниона, лако га је повезати и има нижу проводљивост од ЛиПФ6, али има низак отпор преноса наелектрисања на ниским температурама и добре перформансе ниских температура као сол електролита.

3 адитива

СЕИ филм има веома важан ефекат на перформансе батерије при ниским температурама. То је јонски проводник и електронски изолатор и канал је за Ли + који долази до површине електроде из течне фазе. При ниским температурама импеданција СЕИ филма расте, а брзина дифузије Ли + у СЕИ филму нагло опада, што продубљује накупљање наелектрисања на површини електроде, што резултира смањењем литијума капацитет уметања графита и повећање поларизације. Оптимизацијом састава и услова формирања филма СЕИ филма, побољшање јонске проводљивости СЕИ филма на ниским температурама је корисно за побољшање перформанси батерије на ниским температурама. Стога је развој адитива за формирање филма са одличним перформансама на ниским температурама тренутно жариште истраживања.

Укратко, проводљивост и отпор електролита на стварање филма имају важан утицај на перформансе литијум-јонских батерија при ниским температурама. За нискотемпературни електролит треба га свеобухватно оптимизовати са три аспекта: систем растварача електролита, литијумова со и адитиви. За растварач електролита треба одабрати систем растварача са ниском тачком топљења, малом вискозношћу и великом диелектричном константом. Линеарни карбоксилатни растварачи имају одличне перформансе на ниским температурама, али имају већи утицај на перформансе циклуса и морају да ускладе цикличну угљену киселину са високом диелектричном константом Мешање естара као што су ЕЦ и ПЦ; за литијумове соли и адитиве, главна пажња је смањење отпорности на стварање филма и повећање брзине миграције литијумових јона. Поред тога, одговарајуће повећање концентрације литијумове соли на ниским температурама може повећати проводљивост електролита и повећати перформансе на ниским температурама.

3. Анодни материјал

Погоршање услова дифузне кинетике литијумових јона у анодним материјалима од угљеника је главни разлог који ограничава перформансе литијум-јонских батерија при ниским температурама. Због тога се електрохемијска поларизација аноде значајно појачава током процеса пуњења, што лако доводи до таложења металног литијума на површини аноде.

Избор одговарајућег анодног материјала је кључни фактор за побољшање перформанси батерије на ниским температурама. Тренутно се оптимизација перформанси при ниским температурама углавном спроводи методама површинске обраде аноде, површинским премазом, допингом ради повећања размака слојева и контролом величине честица.

1 Обрада површине

Обрада површине укључује површинску оксидацију и флуорисање. Површинска обрада може смањити активна места на површини графита, смањити неповратан губитак капацитета и може генерисати више пора микро-нано структуре, што погодује преносу Ли + и смањује импедансу.

2 Површински премаз

Површинске превлаке попут угљеничног премаза и металног премаза могу не само да избегну директан контакт између негативне електроде и електролита, побољшавају компатибилност електролита и негативне електроде, већ и повећавају проводљивост графита, обезбеђују више места за уметање литијума и чине Неповратно смањење капацитета. Поред тога, размак слојева меког и тврдог угљеничног материјала је већи од графита. Превлачење слоја меког угљеника или тврдог угљеничног материјала на негативну електроду олакшава дифузију литијумових јона и смањује отпор СЕИ филма, побољшавајући тиме перформансе батерије при ниским температурама. Површински премаз мале количине Аг побољшава проводљивост материјала негативне електроде, чинећи га одличним електрохемијским перформансама на ниским температурама.

3 Повећајте размак између слојева графита

Графитна анода има мали међуслојни размак, а брзина дифузије литијумових јона између слојева графита при ниским температурама опада, што резултира повећаном поларизацијом. Увођење Б, Н, С, К и других елемената у процес припреме графита може изменити структуру графита и повећати Међупрослојни размак графита побољшава његову способност ослобађања / интеркалације литијума. Атомски радијус П (0.106 пм) је већи од радијуса Ц (0.077 пм). П допинг може повећати међуслојни размак графита, побољшати способност дифузије литијумових јона и можда га побољшати. Садржај кристалита графита у угљеничним материјалима. Увођење К у угљенични материјал формираће интеркалациону једињење КЦ8. Када се калијум уклони, међуслојни размак угљеничног материјала ће се повећати, што је корисно за брзо убацивање литијума, побољшавајући тиме перформансе батерије при ниским температурама.

4 Контролишите величину честица негативних електрода

Што је већа величина честица негативне електроде, то је дужи пут дифузије литијум-јона и већи отпор дифузије, што доводи до повећане поларизације концентрације и лоших перформанси на ниским температурама. Према томе, одговарајуће смањење величине честица материјала негативне електроде може ефикасно скратити удаљеност миграције литијумових јона између слојева графита, смањити отпор дифузије, повећати подручје инфилтрације електролита и побољшати перформансе батерије на ниским температурама. Поред тога, графитна негативна електрода гранулирана малом величином појединачне честице има већу изотропност, може да обезбеди више места за уметање литијума, смањи поларизацију и може значајно побољшати перформансе батерије на ниским температурама.

Перформансе литијум-јонских батерија при ниским температурама кључни су фактор који ограничава примену литијумских батерија. Како побољшати перформансе литијумских батерија при ниским температурама и даље је врућа и тешка тачка тренутних истраживања. Да би се побољшале перформансе литијумских батерија при ниским температурама, треба размотрити утицај свеобухватних фактора као што су позитивна електрода, негативна електрода и електролит у батерији. Оптимизацијом растварача електролита, адитива и састава литијумове соли побољшава се проводљивост електролита и смањује отпор стварању филма; Материјал електроде пролази кроз модификационе третмане као што су допинг, облагање и гранулација како би се оптимизовала структура материјала и смањио отпор интерфејса и отпор дифузије Ли + у телу активног материјала. Кроз укупну оптимизацију система батерија, поларизација литијумске батерије на ниским температурама је смањена, а перформансе батерије на ниским температурама су даље побољшане.