శీతాకాలంలో లిథియం బ్యాటరీ సామర్థ్యం ఎందుకు తగ్గుతుంది?

శీతాకాలంలో లిథియం బ్యాటరీ సామర్థ్యం ఎందుకు తగ్గుతుంది?

మార్కెట్లోకి ప్రవేశించినప్పటి నుండి, లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు సుదీర్ఘ జీవితకాలం, పెద్ద నిర్దిష్ట సామర్థ్యం మరియు మెమరీ ప్రభావం వంటి వాటి ప్రయోజనాల కారణంగా విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి. లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వినియోగం తక్కువ సామర్థ్యం, ​​తీవ్రమైన అటెన్యుయేషన్, పేలవమైన సైకిల్ రేట్ పనితీరు, స్పష్టమైన లిథియం పరిణామం మరియు అసమతుల్యత లిథియం తొలగింపు మరియు చొప్పించడం వంటి సమస్యలను కలిగి ఉంటుంది. ఏదేమైనప్పటికీ, అప్లికేషన్ ఫీల్డ్‌ల నిరంతర విస్తరణతో, లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత పనితీరు కారణంగా వచ్చిన అడ్డంకులు 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, బ్యాటరీ సాధారణంగా -40 ℃ వద్ద పనిచేయడం అవసరం. అందువల్ల, లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల యొక్క తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత లక్షణాలను మెరుగుపరచడం చాలా ముఖ్యమైనది.

లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత పనితీరును పరిమితం చేసే కారకాలు

• తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత వాతావరణంలో, ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క స్నిగ్ధత పెరుగుతుంది మరియు పాక్షికంగా కూడా ఘనీభవిస్తుంది, ఇది లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల వాహకతలో తగ్గుదలకు దారితీస్తుంది.
• ఎలక్ట్రోలైట్, నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ మరియు సెపరేటర్ మధ్య అనుకూలత తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత వాతావరణంలో క్షీణిస్తుంది.
• తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత వాతావరణంలో లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ తీవ్రమైన లిథియం అవక్షేపణను అనుభవిస్తుంది మరియు అవక్షేపిత లోహ లిథియం ఎలక్ట్రోలైట్‌తో చర్య జరుపుతుంది, దీని ఫలితంగా దాని ఉత్పత్తుల నిక్షేపణ మరియు ఘన ఎలక్ట్రోలైట్ ఇంటర్‌ఫేస్ (SEI) మందం పెరుగుతుంది.
• తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత వాతావరణంలో, క్రియాశీల పదార్థంలోని లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల వ్యాప్తి వ్యవస్థ తగ్గుతుంది మరియు ఛార్జ్ ట్రాన్స్‌ఫర్ ఇంపెడెన్స్ (Rct) గణనీయంగా పెరుగుతుంది.

నిపుణుల అభిప్రాయం 1: లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల యొక్క తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత పనితీరుపై ఎలక్ట్రోలైట్ గొప్ప ప్రభావాన్ని చూపుతుంది మరియు ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క కూర్పు మరియు భౌతిక రసాయన లక్షణాలు బ్యాటరీల తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత పనితీరుపై ముఖ్యమైన ప్రభావాన్ని చూపుతాయి. బ్యాటరీల తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత సైక్లింగ్ ఎదుర్కొనే సమస్య ఏమిటంటే, ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క స్నిగ్ధత పెరుగుతుంది, అయాన్ ప్రసరణ వేగం మందగిస్తుంది మరియు బాహ్య సర్క్యూట్‌లోని ఎలక్ట్రాన్ల వలస వేగం సరిపోలలేదు, ఫలితంగా బ్యాటరీ యొక్క తీవ్రమైన ధ్రువణత మరియు పదునైనది ఛార్జింగ్ మరియు డిశ్చార్జింగ్ సామర్థ్యంలో తగ్గుదల. ముఖ్యంగా తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఛార్జ్ చేస్తున్నప్పుడు, లిథియం అయాన్లు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ ఉపరితలంపై సులభంగా లిథియం డెండ్రైట్‌లను ఏర్పరుస్తాయి, ఇది బ్యాటరీ వైఫల్యానికి దారితీస్తుంది.

ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత పనితీరు దాని స్వంత వాహకతతో దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంటుంది. అధిక వాహకత కలిగిన ఎలక్ట్రోలైట్‌లు అయాన్‌లను త్వరగా రవాణా చేస్తాయి మరియు తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఎక్కువ సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటాయి. ఎలక్ట్రోలైట్‌లో ఎక్కువ లిథియం లవణాలు విడదీయడం వల్ల ఎక్కువ వలసలు సంభవిస్తాయి మరియు అధిక వాహకత. అధిక వాహకత మరియు వేగవంతమైన అయాన్ ప్రసరణ రేటు, చిన్న ధ్రువణాన్ని స్వీకరించింది మరియు తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద బ్యాటరీ పనితీరు మెరుగ్గా ఉంటుంది. అందువల్ల, లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల యొక్క మంచి తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత పనితీరును సాధించడానికి అధిక వాహకత అవసరం.

ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క వాహకత దాని కూర్పుకు సంబంధించినది మరియు ద్రావకం యొక్క స్నిగ్ధతను తగ్గించడం అనేది ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క వాహకతను మెరుగుపరిచే మార్గాలలో ఒకటి. తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ద్రావకాల యొక్క మంచి ద్రవత్వం 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 అనేది లిథియం యొక్క ప్రధాన అవరోధం- తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత వాతావరణంలో అయాన్ బ్యాటరీలు.

నిపుణుడు 2: లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత పనితీరును పరిమితం చేసే ప్రధాన అంశం SEI పొర 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

లేయర్డ్ స్ట్రక్చర్, ఒక డైమెన్షనల్ లిథియం-అయాన్ డిఫ్యూజన్ చానెల్స్ మరియు త్రిమితీయ ఛానెల్‌ల స్ట్రక్చరల్ స్టెబిలిటీతో పోల్చితే అసమానమైన రేటు పనితీరుతో లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలకు వాణిజ్యపరంగా లభించే మొట్టమొదటి సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ మెటీరియల్. దీని ప్రతినిధి పదార్ధాలలో LiCoO2, Li (Co1 xNix) O2 మరియు Li (Ni, Co, Mn) O2 ఉన్నాయి.

Xie Xiaohua మరియు ఇతరులు. LiCoO2/MCMBని అధ్యయనం చేసింది మరియు దాని తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత ఛార్జింగ్ మరియు డిశ్చార్జింగ్ లక్షణాలను పరీక్షించింది.

ఫలితాలు ఉష్ణోగ్రత తగ్గడంతో, ఉత్సర్గ పీఠభూమి 3.762V (0 ℃) నుండి 3.207V (-30 ℃)కి తగ్గింది; మొత్తం బ్యాటరీ సామర్థ్యం కూడా 78.98mA · h (0 ℃) నుండి 68.55mA · h (-30 ℃)కి తగ్గింది.

2. స్పినెల్ నిర్మాణాత్మక కాథోడ్ 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 కాథోడ్ పదార్థాల తక్కువ ఉష్ణోగ్రత లక్షణాలు

LiFePO4, టెర్నరీ మెటీరియల్‌లతో కలిసి, దాని అద్భుతమైన వాల్యూమ్ స్థిరత్వం మరియు భద్రత కారణంగా పవర్ బ్యాటరీలకు ప్రధాన సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థంగా మారింది. లిథియం ఐరన్ ఫాస్ఫేట్ యొక్క పేలవమైన తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత పనితీరు ప్రధానంగా దాని పదార్థం అవాహకం, తక్కువ ఎలక్ట్రానిక్ వాహకత, పేలవమైన లిథియం అయాన్ వ్యాప్తి మరియు తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద పేలవమైన వాహకత కారణంగా ఉంది, ఇది బ్యాటరీ యొక్క అంతర్గత నిరోధకతను పెంచుతుంది మరియు ధ్రువణత ద్వారా బాగా ప్రభావితమవుతుంది. , బ్యాటరీ ఛార్జింగ్ మరియు డిశ్చార్జింగ్‌కు ఆటంకం కలిగిస్తుంది, ఫలితంగా తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత సంతృప్తికరంగా ఉండదు.

తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద LiFePO4 యొక్క ఛార్జ్ మరియు ఉత్సర్గ ప్రవర్తనను అధ్యయనం చేస్తున్నప్పుడు, Gu Yijie మరియు ఇతరులు. దాని కూలంబిక్ సామర్థ్యం వరుసగా 55 ℃ వద్ద 100% నుండి 0 ℃ వద్ద 96% మరియు -20 ℃ వద్ద 64% తగ్గింది; ఉత్సర్గ వోల్టేజ్ 55 ℃ వద్ద 3.11V నుండి -20 ℃ వద్ద 2.62Vకి తగ్గుతుంది.

జింగ్ మరియు ఇతరులు. నానోకార్బన్ ఉపయోగించి LiFePO4ని సవరించారు మరియు నానోకార్బన్ వాహక ఏజెంట్ల జోడింపు 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%, నానోకార్బన్ 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, LiFePO4తో పోలిస్తే LiMnPO4 యొక్క తక్కువ అయానిక్ వాహకత కారణంగా, ఆచరణలో LiMn0.8Fe0.2PO4 ఘన పరిష్కారాలను రూపొందించడానికి Mnని పాక్షికంగా భర్తీ చేయడానికి Fe తరచుగా ఉపయోగించబడుతుంది.

లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల కోసం ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాల తక్కువ ఉష్ణోగ్రత లక్షణాలు