2023-07-13
శీతాకాలంలో లిథియం బ్యాటరీల సామర్థ్యం ఎందుకు తగ్గుతుంది? చివరగా, ఎవరైనా వివరించగలరు!
మార్కెట్లోకి ప్రవేశించినప్పటి నుండి, లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు సుదీర్ఘ జీవితకాలం, పెద్ద నిర్దిష్ట సామర్థ్యం మరియు మెమరీ ప్రభావం వంటి వాటి ప్రయోజనాల కారణంగా విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి. తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఉపయోగించే లిథియం అయాన్ బ్యాటరీలు తక్కువ సామర్థ్యం, తీవ్రమైన అటెన్యుయేషన్, పేలవమైన సైక్లింగ్ పనితీరు, స్పష్టమైన లిథియం పరిణామం మరియు అసమతుల్యత లిథియం తొలగింపు మరియు చొప్పించడం వంటి సమస్యలను కలిగి ఉంటాయి. అయినప్పటికీ, అప్లికేషన్ ఫీల్డ్ల యొక్క నిరంతర విస్తరణతో, లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల యొక్క తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత పనితీరు కారణంగా ఏర్పడే పరిమితులు ఎక్కువగా స్పష్టంగా కనిపిస్తున్నాయి.
నివేదికల ప్రకారం, లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల డిశ్చార్జ్ సామర్థ్యం -20 ℃ వద్ద గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద 31.5% మాత్రమే. సాంప్రదాయ లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు -20~+55 ℃ మధ్య ఉష్ణోగ్రతల వద్ద పనిచేస్తాయి. అయితే, ఏరోస్పేస్, మిలిటరీ మరియు ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలు వంటి రంగాలలో, బ్యాటరీలు సాధారణంగా -40 ℃ వద్ద పనిచేయవలసి ఉంటుంది. అందువల్ల, లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల యొక్క తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత లక్షణాలను మెరుగుపరచడం చాలా ముఖ్యమైనది.
లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత పనితీరును పరిమితం చేసే కారకాలు
లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత పనితీరును ప్రభావితం చేసే కారకాలపై చర్చ
నిపుణుల దృక్కోణం 1: లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల యొక్క తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత పనితీరుపై ఎలక్ట్రోలైట్ గొప్ప ప్రభావాన్ని చూపుతుంది మరియు ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క కూర్పు మరియు భౌతిక రసాయన లక్షణాలు బ్యాటరీ యొక్క తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత పనితీరుపై గణనీయమైన ప్రభావాన్ని చూపుతాయి. తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద బ్యాటరీలను సైక్లింగ్ చేయడం వల్ల ఎదురయ్యే సమస్య ఏమిటంటే, ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క స్నిగ్ధత పెరుగుతుంది, అయాన్ ప్రసరణ వేగం మందగిస్తుంది, దీని వలన బాహ్య సర్క్యూట్ యొక్క ఎలక్ట్రాన్ మైగ్రేషన్ వేగంలో అసమతుల్యత ఏర్పడుతుంది, ఫలితంగా బ్యాటరీ యొక్క తీవ్రమైన ధ్రువణత ఏర్పడుతుంది మరియు ఛార్జ్ డిచ్ఛార్జ్ సామర్థ్యంలో పదునైన తగ్గుదల. ముఖ్యంగా తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఛార్జ్ చేస్తున్నప్పుడు, లిథియం అయాన్లు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ ఉపరితలంపై సులభంగా లిథియం డెండ్రైట్లను ఏర్పరుస్తాయి, ఇది బ్యాటరీ వైఫల్యానికి దారితీస్తుంది.
ఎలక్ట్రోలైట్స్ యొక్క తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత పనితీరు ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క వాహకతతో దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంటుంది. అధిక వాహకత కలిగిన ఎలక్ట్రోలైట్లు అయాన్లను త్వరగా రవాణా చేస్తాయి మరియు తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఎక్కువ సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటాయి. ఎలక్ట్రోలైట్లోని లిథియం లవణాలు ఎంత ఎక్కువ వియోగం చెందుతాయి, అవి ఎక్కువ వలసపోతాయి మరియు వాటి వాహకత పెరుగుతుంది. అధిక వాహకత మరియు వేగవంతమైన అయాన్ ప్రసరణ రేటు, చిన్న ధ్రువణత మరియు తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద బ్యాటరీ యొక్క పనితీరు మెరుగ్గా ఉంటుంది. అందువల్ల, లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల యొక్క మంచి తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత పనితీరును సాధించడానికి అధిక వాహకత అవసరమైన పరిస్థితి.
ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క వాహకత దాని కూర్పుకు సంబంధించినది, మరియు ద్రావకం యొక్క స్నిగ్ధతను తగ్గించడం అనేది ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క వాహకతను మెరుగుపరిచే మార్గాలలో ఒకటి. తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ద్రావకాల యొక్క మంచి ప్రవాహం అయాన్ రవాణాకు హామీగా ఉంటుంది మరియు తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్పై ఎలక్ట్రోలైట్ ద్వారా ఏర్పడిన ఘన ఎలక్ట్రోలైట్ ఫిల్మ్ కూడా లిథియం అయాన్ ప్రసరణను ప్రభావితం చేసే ముఖ్య కారకం, మరియు RSEI లిథియం యొక్క ప్రధాన అవరోధం- తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత వాతావరణంలో అయాన్ బ్యాటరీలు.
నిపుణుడు 2: లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత పనితీరును పరిమితం చేసే ప్రధాన అంశం SEI పొరల కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద వేగంగా పెరుగుతున్న Li+డిఫ్యూజన్ ఇంపెడెన్స్.
లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల కోసం సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాల తక్కువ ఉష్ణోగ్రత లక్షణాలు
1. లేయర్డ్ పాజిటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాల తక్కువ ఉష్ణోగ్రత లక్షణాలు
వన్-డైమెన్షనల్ లిథియం-అయాన్ డిఫ్యూజన్ ఛానెల్లు మరియు త్రిమితీయ ఛానెల్ల నిర్మాణ స్థిరత్వంతో పోలిస్తే అసమానమైన రేటు పనితీరుతో లేయర్డ్ స్ట్రక్చర్, లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల కోసం వాణిజ్యపరంగా అందుబాటులో ఉన్న మొట్టమొదటి క్యాథోడ్ పదార్థం. దీని ప్రతినిధి పదార్ధాలలో LiCoO2, Li (Co1-xNix) O2 మరియు Li (Ni, Co, Mn) O2 ఉన్నాయి.
Xie Xiaohua మరియు ఇతరులు. పరిశోధన వస్తువుగా LiCoO2/MCMB యొక్క తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత ఛార్జింగ్ మరియు డిశ్చార్జింగ్ లక్షణాలను పరీక్షించింది.
ఫలితాలు ఉష్ణోగ్రత తగ్గినప్పుడు, ఉత్సర్గ పీఠభూమి 3.762V (0 ℃) నుండి 3.207V (-30 ℃)కి తగ్గుతుంది; మొత్తం బ్యాటరీ సామర్థ్యం కూడా 78.98mA · h (0 ℃) నుండి 68.55mA · h (-30 ℃)కి తగ్గింది.
2. స్పినెల్ నిర్మాణం సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాల తక్కువ ఉష్ణోగ్రత లక్షణాలు
స్పినెల్ నిర్మాణాత్మక LiMn2O4 కాథోడ్ మెటీరియల్ Co మూలకం లేకపోవడం వల్ల తక్కువ ధర మరియు విషపూరితం కాని ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది.
అయినప్పటికీ, Mn యొక్క వేరియబుల్ వాలెన్స్ స్థితులు మరియు Mn3+ యొక్క జాన్ టెల్లర్ ప్రభావం నిర్మాణాత్మక అస్థిరతకు మరియు ఈ భాగం యొక్క పేలవమైన రివర్సిబిలిటీకి దారి తీస్తుంది.
పెంగ్ జెంగ్షున్ మరియు ఇతరులు. వివిధ తయారీ పద్ధతులు LiMn2O4 కాథోడ్ పదార్థాల ఎలెక్ట్రోకెమికల్ పనితీరుపై గొప్ప ప్రభావాన్ని చూపుతాయని సూచించారు. Rctని ఉదాహరణగా తీసుకోండి: అధిక-ఉష్ణోగ్రత ఘన దశ పద్ధతి ద్వారా సంశ్లేషణ చేయబడిన LiMn2O4 యొక్క Rct, సోల్ జెల్ పద్ధతి ద్వారా సంశ్లేషణ చేయబడిన దానికంటే చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది మరియు ఈ దృగ్విషయం లిథియం అయాన్ వ్యాప్తి గుణకంలో కూడా ప్రతిబింబిస్తుంది. దీనికి ప్రధాన కారణం ఏమిటంటే, వివిధ సంశ్లేషణ పద్ధతులు ఉత్పత్తుల యొక్క స్ఫటికీకరణ మరియు పదనిర్మాణంపై గణనీయమైన ప్రభావాన్ని చూపుతాయి.
3. ఫాస్ఫేట్ వ్యవస్థ సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాల తక్కువ ఉష్ణోగ్రత లక్షణాలు
LiFePO4, టెర్నరీ మెటీరియల్స్తో పాటు, దాని అద్భుతమైన వాల్యూమ్ స్థిరత్వం మరియు భద్రత కారణంగా పవర్ బ్యాటరీలకు ప్రధాన కాథోడ్ మెటీరియల్గా మారింది. లిథియం ఐరన్ ఫాస్ఫేట్ యొక్క పేలవమైన తక్కువ ఉష్ణోగ్రత పనితీరు ప్రధానంగా దాని పదార్థం ఒక అవాహకం, తక్కువ ఎలక్ట్రానిక్ వాహకత, పేలవమైన లిథియం అయాన్ వ్యాప్తి మరియు తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద పేలవమైన వాహకత, ఇది బ్యాటరీ యొక్క అంతర్గత నిరోధకతను పెంచుతుంది, ఇది ధ్రువణాన్ని బాగా ప్రభావితం చేస్తుంది, మరియు బ్యాటరీ యొక్క ఛార్జ్ మరియు ఉత్సర్గను అడ్డుకుంటుంది. అందువల్ల, తక్కువ ఉష్ణోగ్రత పనితీరు అనువైనది కాదు.
గు యిజీ మరియు ఇతరులు. LiFePO4 యొక్క కూలంబిక్ సామర్థ్యం 55 ℃ వద్ద 100% నుండి 0 ℃ వద్ద 96% మరియు -20 ℃ వద్ద 64% తగ్గింది, తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద దాని ఛార్జ్ ఉత్సర్గ ప్రవర్తనను అధ్యయనం చేసినప్పుడు; ఉత్సర్గ వోల్టేజ్ 55 ℃ వద్ద 3.11V నుండి -20 ℃ వద్ద 2.62Vకి తగ్గుతుంది.
జింగ్ మరియు ఇతరులు. LiFePO4ని సవరించడానికి నానో కార్బన్ను ఉపయోగించారు మరియు నానో కార్బన్ వాహక ఏజెంట్లను జోడించడం వలన LiFePO4 యొక్క ఎలెక్ట్రోకెమికల్ పనితీరు యొక్క సున్నితత్వాన్ని ఉష్ణోగ్రతకు తగ్గించి, దాని తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత పనితీరును మెరుగుపరిచింది; సవరించిన LiFePO4 యొక్క ఉత్సర్గ వోల్టేజ్ 25 ℃ వద్ద 3.40V నుండి -25 ℃ వద్ద 3.09Vకి తగ్గింది, కేవలం 9.12% తగ్గుదలతో; మరియు దాని బ్యాటరీ సామర్థ్యం -25 ℃ వద్ద 57.3%, నానో కార్బన్ వాహక ఏజెంట్లు లేకుండా 53.4% కంటే ఎక్కువ.
ఇటీవల, LiMnPO4 ప్రజలలో బలమైన ఆసక్తిని రేకెత్తించింది. అధిక సంభావ్యత (4.1V), కాలుష్యం లేదు, తక్కువ ధర మరియు పెద్ద నిర్దిష్ట సామర్థ్యం (170mAh/g) వంటి ప్రయోజనాలను LiMnPO4 కలిగి ఉందని పరిశోధన కనుగొంది. అయినప్పటికీ, LiMnPO4 LiFePO4 కంటే తక్కువ అయానిక్ వాహకతను కలిగి ఉన్నందున, LiMn0.8Fe0.2PO4 ఘన ద్రావణాన్ని రూపొందించడానికి Mnని Feతో పాక్షికంగా భర్తీ చేయడానికి ఇది తరచుగా ఆచరణలో ఉపయోగించబడుతుంది.
లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల కోసం ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాల తక్కువ ఉష్ణోగ్రత లక్షణాలు
సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలతో పోలిస్తే, లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలలో ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాల తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత క్షీణత మరింత తీవ్రంగా ఉంటుంది, ప్రధానంగా ఈ క్రింది మూడు కారణాల వల్ల:
తక్కువ ఉష్ణోగ్రత ఎలక్ట్రోలైట్స్ పై పరిశోధన
లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలలో Li+ని ప్రసారం చేయడంలో ఎలక్ట్రోలైట్ పాత్ర పోషిస్తుంది మరియు దాని అయాన్ వాహకత మరియు SEI ఫిల్మ్ ఫార్మింగ్ పనితీరు బ్యాటరీ యొక్క తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత పనితీరుపై గణనీయమైన ప్రభావాన్ని చూపుతాయి. తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత ఎలక్ట్రోలైట్ నాణ్యతను నిర్ధారించడానికి మూడు ప్రధాన సూచికలు ఉన్నాయి: అయాన్ వాహకత, ఎలెక్ట్రోకెమికల్ విండో మరియు ఎలక్ట్రోడ్ రియాక్షన్ యాక్టివిటీ. ఈ మూడు సూచికల స్థాయి ఎక్కువగా వాటి సమ్మేళన పదార్థాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది: ద్రావకాలు, ఎలక్ట్రోలైట్లు (లిథియం లవణాలు) మరియు సంకలనాలు. అందువల్ల, బ్యాటరీల తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత పనితీరును అర్థం చేసుకోవడానికి మరియు మెరుగుపరచడానికి ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క వివిధ భాగాల తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత పనితీరును అధ్యయనం చేయడం చాలా ముఖ్యమైనది.
బ్యాటరీ కూర్పుతో పాటు, ప్రాక్టికల్ ఆపరేషన్లో ప్రాసెస్ కారకాలు కూడా బ్యాటరీ పనితీరుపై గణనీయమైన ప్రభావాన్ని చూపుతాయి.
(1) తయారీ ప్రక్రియ. యాకూబ్ మరియు ఇతరులు. LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2/గ్రాఫైట్ బ్యాటరీల యొక్క తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత పనితీరుపై ఎలక్ట్రోడ్ లోడ్ మరియు పూత మందం యొక్క ప్రభావాలను అధ్యయనం చేసింది మరియు కెపాసిటీ నిలుపుదల పరంగా, ఎలక్ట్రోడ్ లోడ్ చిన్నది, పూత పొర సన్నగా ఉంటుంది మరియు మెరుగ్గా ఉందని కనుగొన్నారు. దాని తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత పనితీరు.
(2) ఛార్జింగ్ మరియు డిశ్చార్జింగ్ స్థితి. పెట్జ్ల్ మరియు ఇతరులు. బ్యాటరీల సైకిల్ లైఫ్పై తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత ఛార్జింగ్ మరియు డిశ్చార్జింగ్ పరిస్థితుల ప్రభావాన్ని అధ్యయనం చేసింది మరియు డిచ్ఛార్జ్ డెప్త్ పెద్దగా ఉన్నప్పుడు, అది గణనీయమైన సామర్థ్య నష్టాన్ని కలిగిస్తుంది మరియు సైకిల్ జీవితాన్ని తగ్గిస్తుంది.
(3) ఇతర కారకాలు. ఉపరితల వైశాల్యం, రంధ్ర పరిమాణం, ఎలక్ట్రోడ్ సాంద్రత, ఎలక్ట్రోడ్ మరియు ఎలక్ట్రోలైట్ మధ్య తేమ, మరియు ఎలక్ట్రోడ్ల సెపరేటర్ అన్నీ లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత పనితీరును ప్రభావితం చేస్తాయి. అదనంగా, బ్యాటరీల తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత పనితీరుపై పదార్థాలు మరియు ప్రక్రియలలోని లోపాల ప్రభావం విస్మరించబడదు.
సంగ్రహించండి
లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత పనితీరును నిర్ధారించడానికి, కింది వాటిని చేయడం అవసరం:
(1) సన్నని మరియు దట్టమైన SEI ఫిల్మ్ను రూపొందించడం;
(2) క్రియాశీల పదార్ధంలో Li+కి పెద్ద వ్యాప్తి గుణకం ఉందని నిర్ధారించుకోండి;
(3) ఎలక్ట్రోలైట్లు తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద అధిక అయానిక్ వాహకతను కలిగి ఉంటాయి.
అదనంగా, పరిశోధన కొత్త మార్గాలను అన్వేషించవచ్చు మరియు మరొక రకమైన లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీపై దృష్టి పెట్టవచ్చు - అన్ని ఘన-స్థితి లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు. సాంప్రదాయ లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలతో పోలిస్తే, అన్ని సాలిడ్-స్టేట్ లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు, ప్రత్యేకించి అన్ని సాలిడ్-స్టేట్ థిన్ ఫిల్మ్ లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు, తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఉపయోగించే బ్యాటరీల సామర్థ్యం క్షీణత మరియు సైక్లింగ్ భద్రతా సమస్యలను పూర్తిగా పరిష్కరిస్తాయని భావిస్తున్నారు.