Madala temperatuuriga laadimise mõju liitiumakudele on pöördumatu

Akude laadimine või tühjendamine madalal temperatuuril põhjustab akule pöördumatuid kahjustusi, põhjustades mahu vähenemist ja tõsiseid ohutusriske. Pikaajaline säilitamine ülimadalatel temperatuuridel (-20 kraadi) põhjustab ka akule pöördumatuid kahjustusi ja vähendab selle mahtu.

1. Kogu liitiumioonaku laadimise protsess madalal temperatuuril

Liitiumioonakude positiivne aste on tavaliselt kolmekomponentne (NCM), liitiumraudfosfaatpatarei (LFP) ja liitiumkoobaltoksiidi aku (LCO) ning negatiivne elektrood on grafiit (Gr). Aku laadimisel liiguvad liitiumioonid positiivsest võrekonstandist üle liitiumaku elektrolüüdi membraani negatiivsele elektroodile ja asetatakse grafiidi tahkesse kihti. Laadimisel ja tühjendamisel võib aru saada, et see läheb grafiit negatiivse elektroodi tahkest kihist välja ja naaseb seejärel positiivse võrekonstandi juurde.

Kui liitiumioonaku struktuuri ja laadimis- ja tühjendusprotsessi temperatuur on madal, väheneb molekulaarse liikumise jõudlus, kogu reaktsioonikiirus ja materjali ülekandeprotsess aeglustuvad, seega on aku kõige ilmsem aeglus liitium- ioon/ Liitiummolekulide transport grafiidi (negatiivne elektrood) tahkes kihis ja positiivset järku võrekonstant. Seetõttu on elektrifaasis ja liitiumaku elektrolüüdi lehel palju liitiumi ladestunud. Aku laadimise ajal ei saa liitiumioone grafiidikihti pigistada ja need jäävad negatiivse elektroodi pinnale, muutudes metalliliseks liitiumiks ja akumuleerudes liitiumdendriitideks. Laadimise ja tühjenemise ajal pigistatakse liitiumioonid positiivse astme võrekonstandi pinnale, mis võib kergesti põhjustada positiivse astme pragunemise.

2. Aku laadimine madalal temperatuuril põhjustab liitiumi sadestumist, mille tagajärjeks on ilmsed ohutusriskid

Liitiumdendriitide kasvuprotsess: Tavalise aku laadimisel sisenevad liitiumioonid korrapäraselt grafiidi tahkesse kihti, põhjustades interkalatsioonireaktsiooni. Madala temperatuuriga aku laadimisel ei saa liitiumioonid aga grafiidikihti pigistada ning negatiivse elektroodi pinnal oleva elektroonikaseadme poolt neelduvad need alati ning muutuvad metalliliseks liitiumiks, mille tulemuseks on muundusreaktsioon (reaktsioonipotentsiaali erinevus on madalam kui interkalatsioonireaktsioon, mida võib mõista kui raskemini toimuvat. Interkalatsioonireaktsioonis olevatel ainetel on aga raske levida, mistõttu konversioonireaktsioon toimub madalal temperatuuril kergesti) ja akumuleeruvad liitiumdendriitideks. Nagu me kõik üheksanda klassi keemiast õppisime, on metalliline liitium väga reaktiivne ja võib liitiumaku elektrolüüdiga kohe reageerida. Saadud keemilised komponendid on samuti pöördumatud, põhjustades võimsuse vähenemist. Lisaks kasvab ja areneb metallliitium edasi ning membraani on väga lihtne läbi torgata ja positiivse astmega ühendada, mis põhjustab sisemise lühise rikke ja põhjustab kergesti tõsisemaid ohutusõnnetusi.

3. Madala temperatuuriga laadimine ja tühjendamine kutsuvad esile positiivse tasemega osakeste pragunemise

Madala temperatuuriga laadimise ja tühjenemise ajal pigistatakse liitiumioonid positiivse taseme võrekonstandi pinnale, mis võib kergesti viia positiivse tasemega aktiivsete osakeste lõhenemiseni. Ühest küljest kahjustab see positiivse energiaga tooraineid, põhjustades võimsuse kahjustusi. Lisaks kantakse positiivse elektroodi liigsed keemilised elemendid üle negatiivse elektroodi pinnale ja muundatakse metalliosakesteks, kutsudes esile liitiumi akumuleerumise.

4. Madala temperatuuriga säilitamine vähendab aku mahtuvust

Hiljuti avastasid mõned teadlased, et akut hoiti madalal temperatuuril ainult 48 tundi, seejärel asetati see puhkamiseks toatemperatuurile ning seejärel testiti akut. Leiti, et pikka aega kõrgel temperatuuril leotatud akude puhul väheneb väikese laadimise korral (aeglane laadimine) võimsus 3,2%, kuid suurel laadimisel (kiirlaadimine) väheneb võimsus 3,2%. vähendati 6%.

Töövõime langust põhjustavad tegurid on järgmised:

1) Madal temperatuur süvendab positiivse etapi pragunemist.

2) Madal temperatuur põhjustab tõenäoliselt positiivse tasemega osakeste pöörlemise, põhjustades seeläbi nende eraldumist liimist ja fotoelektrokatalüütilise aktiivsuse kaotamist.