Miks liitiumaku mahutavus talvel väheneb?

Liitium-ioonakusid on turuletulekust alates laialdaselt kasutatud nende pika eluea, suure erivõimsuse ja mäluefekti puudumise tõttu. Liitiumioonakude kasutamisel madalal temperatuuril on probleeme, nagu madal võimsus, tugev sumbumine, halb tsüklikiirus, ilmne liitiumi sademed ja tasakaalustamata liitiumi deinterkalatsioon. Kuid rakendusvaldkondade pideva laienemisega on liitium-ioonakude madala temperatuuriga töövõimega kaasnevad piirangud muutunud üha ilmsemaks.

Aruannete kohaselt on liitiumioonakude tühjendusvõimsus -20 kraadi juures vaid umbes 31,5 protsenti toatemperatuuril olevast. Traditsiooniliste liitiumioonakude töötemperatuur on vahemikus -20 kuni pluss 55 kraadi. Kuid lennunduses, sõjatööstuses, elektrisõidukites ja muudes valdkondades peavad akud normaalselt töötama -40 kraadi juures. Seetõttu on liitium-ioonakude madala temperatuuriga omaduste parandamine väga oluline.

Liitiumioonakude madalal temperatuuril toimimist piiravad tegurid

Madala temperatuuriga keskkonnas elektrolüüdi viskoossus suureneb ja isegi osaliselt tahkub, mille tulemusena väheneb liitiumioonaku juhtivus.

Madala temperatuuriga keskkonnas muutub elektrolüüdi, negatiivse elektroodi ja separaatori ühilduvus halvaks.

Madala temperatuuriga keskkonnas sadestub liitium-ioonaku negatiivselt elektroodilt tõsiselt liitium ja sadestunud metallliitium reageerib elektrolüüdiga ning selle toote sadestumine põhjustab tahke elektrolüüdi liidese (SEI) paksuse suurenemist. .

Madala temperatuuriga keskkonnas väheneb liitiumioonakude difusioonisüsteem aktiivmaterjalis ja laengu ülekandetakistus (Rct) suureneb oluliselt.

Arutelu liitiumioonakude madalal temperatuuril toimimist mõjutavate tegurite üle

Ekspertarvamus 1: elektrolüüdil on suurim mõju liitiumioonakude madalal temperatuuril toimimisele ning elektrolüüdi koostis ning füüsikalised ja keemilised omadused mõjutavad oluliselt aku toimivust madalal temperatuuril. Probleem, millega aku tsükkel madalal temperatuuril kokku puutub, on järgmine: elektrolüüdi viskoossus suureneb, ioonide juhtivuse kiirus aeglustub ja välisahela elektronide migratsioonikiirus ei ühti. Seetõttu on aku tugevalt polariseeritud ning laadimis- ja tühjenemisvõime väheneb järsult. Eriti madalal temperatuuril laadimisel võivad liitiumioonid kergesti moodustada liitiumdendriite negatiivse elektroodi pinnale, mis põhjustab aku rikke.

Elektrolüüdi toimivus madalal temperatuuril on tihedalt seotud elektrolüüdi enda juhtivusega. Kõrge juhtivusega elektrolüüt suudab ioone kiiremini edastada ja suudab madalatel temperatuuridel rohkem võimsust avaldada. Mida rohkem on elektrolüüdis dissotsieerunud liitiumisooli, seda suurem on migratsiooniarv ja seda suurem on juhtivus. Mida suurem on juhtivus, seda kiirem on ioonide juhtivus, seda väiksem on polarisatsioon ja seda parem on aku jõudlus madalal temperatuuril. Seetõttu on liitium-ioonakude hea madala temperatuuri jõudluse saavutamiseks vajalik tingimus kõrgem juhtivus.

Elektrolüüdi juhtivus on seotud elektrolüüdi koostisega ja lahusti viskoossuse vähendamine on üks elektrolüüdi juhtivuse suurendamise viise. Lahusti Lahusti hea voolavus madalal temperatuuril tagab ioonide transpordi ning elektrolüüdi poolt negatiivsel elektroodil madalal temperatuuril moodustatud tahke elektrolüüdi kile on ka liitiumioonide juhtivuse võti ning RSEI on peamine takistus. liitium-ioonakudele madala temperatuuriga keskkondades.

Ekspert 2: Peamine tegur, mis piirab liitiumioonakude madalatel temperatuuridel toimimist, on järsult suurenenud Li pluss difusioonitakistus madalatel temperatuuridel, mitte SEI-kile.

Liitium-ioonakude katoodmaterjalide madala temperatuuri omadused

Kihiliste katoodmaterjalide madala temperatuuri omadused

Kihiline struktuur, millel pole mitte ainult ühemõõtmelise liitiumioonide difusioonikanali võrreldamatut kiirust, vaid ka kolmemõõtmelise kanali struktuurne stabiilsus, on varaseim kaubanduslik liitiumioonaku katoodmaterjal. Selle tüüpilised ained on LiCoO2, Li(Co1-xNix)O2 ja Li(Ni, Co, Mn)O2 ja nii edasi.