ലിഥിയം ബാറ്ററികളുടെ കുറഞ്ഞ താപനില പ്രകടനം

കുറഞ്ഞ താപനിലയിൽ, ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററി പ്രകടനം അനുയോജ്യമല്ല. സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററികൾ -10 ° C ൽ പ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ, അവയുടെ പരമാവധി ചാർജും ഡിസ്ചാർജ് ശേഷിയും ടെർമിനൽ വോൾട്ടേജും സാധാരണ താപനിലയുമായി താരതമ്യം ചെയ്യുമ്പോൾ ഗണ്യമായി കുറയും [6], ഡിസ്ചാർജ് താപനില -20 ° C ആയി കുറയുമ്പോൾ, ലഭ്യമായ ശേഷി ഊഷ്മാവ് 25 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിൽ 1/3 ആയി കുറയുന്നു, ഡിസ്ചാർജ് താപനില കുറവായിരിക്കുമ്പോൾ, ചില ലിഥിയം ബാറ്ററികൾക്ക് ചാർജ് ചെയ്യാനും ഡിസ്ചാർജ് ചെയ്യാനും കഴിയില്ല, "ഡെഡ് ബാറ്ററി" അവസ്ഥയിലേക്ക് പ്രവേശിക്കുന്നു.

1, താഴ്ന്ന ഊഷ്മാവിൽ ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളുടെ സവിശേഷതകൾ
(1) മാക്രോസ്കോപ്പിക്
താഴ്ന്ന ഊഷ്മാവിൽ ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററിയുടെ സ്വഭാവപരമായ മാറ്റങ്ങൾ താഴെപ്പറയുന്നവയാണ്: താപനില തുടർച്ചയായി കുറയുമ്പോൾ, ഒഹ്മിക് പ്രതിരോധവും ധ്രുവീകരണ പ്രതിരോധവും വ്യത്യസ്ത ഡിഗ്രികളിൽ വർദ്ധിക്കുന്നു; ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററിയുടെ ഡിസ്ചാർജ് വോൾട്ടേജ് സാധാരണ താപനിലയേക്കാൾ കുറവാണ്. കുറഞ്ഞ താപനിലയിൽ ചാർജ് ചെയ്യുകയും ഡിസ്ചാർജ് ചെയ്യുകയും ചെയ്യുമ്പോൾ, അതിൻ്റെ പ്രവർത്തന വോൾട്ടേജ് സാധാരണ താപനിലയേക്കാൾ വേഗത്തിൽ ഉയരുകയോ കുറയുകയോ ചെയ്യുന്നു, ഇത് അതിൻ്റെ പരമാവധി ഉപയോഗയോഗ്യമായ ശേഷിയിലും ശക്തിയിലും ഗണ്യമായ കുറവുണ്ടാക്കുന്നു.

(2) സൂക്ഷ്മദർശിനിയിൽ
താഴ്ന്ന ഊഷ്മാവിൽ ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററികളുടെ പ്രകടന മാറ്റങ്ങൾ പ്രധാനമായും താഴെ പറയുന്ന പ്രധാന ഘടകങ്ങളുടെ സ്വാധീനം മൂലമാണ്. അന്തരീക്ഷ ഊഷ്മാവ് -20℃-നേക്കാൾ കുറവായിരിക്കുമ്പോൾ, ദ്രാവക ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ഘനീഭവിക്കുന്നു, അതിൻ്റെ വിസ്കോസിറ്റി കുത്തനെ വർദ്ധിക്കുകയും അയോണിക് ചാലകത കുറയുകയും ചെയ്യുന്നു. പോസിറ്റീവ്, നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡ് മെറ്റീരിയലുകളിൽ ലിഥിയം അയോൺ വ്യാപനം മന്ദഗതിയിലാണ്; ലിഥിയം അയോൺ നിർജ്ജീവമാക്കാൻ പ്രയാസമാണ്, എസ്ഇഐ ഫിലിമിൽ അതിൻ്റെ സംപ്രേക്ഷണം മന്ദഗതിയിലാണ്, ചാർജ് ട്രാൻസ്ഫർ ഇംപെഡൻസ് വർദ്ധിക്കുന്നു. ലിഥിയം ഡെൻഡ്രൈറ്റ് പ്രശ്നം താഴ്ന്ന ഊഷ്മാവിൽ പ്രത്യേകിച്ചും ശ്രദ്ധേയമാണ്.

2, ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളുടെ കുറഞ്ഞ താപനില പ്രകടനം പരിഹരിക്കാൻ
താഴ്ന്ന ഊഷ്മാവ് പരിസ്ഥിതിയെ നേരിടാൻ ഒരു പുതിയ ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് ലിക്വിഡ് സിസ്റ്റം രൂപകൽപ്പന ചെയ്യുക; ട്രാൻസ്മിഷൻ വേഗത ത്വരിതപ്പെടുത്തുന്നതിനും ട്രാൻസ്മിഷൻ ദൂരം കുറയ്ക്കുന്നതിനും പോസിറ്റീവ്, നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡ് ഘടന മെച്ചപ്പെടുത്തുക; ഇംപെഡൻസ് കുറയ്ക്കുന്നതിന് പോസിറ്റീവ്, നെഗറ്റീവ് സോളിഡ് ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റ് ഇൻ്റർഫേസ് നിയന്ത്രിക്കുക.

(1) ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് അഡിറ്റീവുകൾ
പൊതുവേ, ബാറ്ററിയുടെ താഴ്ന്ന താപനില പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനും അനുയോജ്യമായ SEI ഫിലിം രൂപീകരിക്കുന്നതിനും സഹായിക്കുന്ന ഏറ്റവും ഫലപ്രദവും സാമ്പത്തികവുമായ മാർഗ്ഗമാണ് ഫംഗ്ഷണൽ അഡിറ്റീവുകളുടെ ഉപയോഗം. നിലവിൽ, ഐസോസയനേറ്റ് അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള അഡിറ്റീവുകൾ, സൾഫർ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള അഡിറ്റീവുകൾ, അയോണിക് ലിക്വിഡ് അഡിറ്റീവുകൾ, അജൈവ ലിഥിയം ഉപ്പ് അഡിറ്റീവുകൾ എന്നിവയാണ് പ്രധാന തരം അഡിറ്റീവുകൾ.

ഉദാഹരണത്തിന്, ഡൈമെഥൈൽ സൾഫൈറ്റ് (ഡിഎംഎസ്) സൾഫർ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള അഡിറ്റീവുകൾ, ഉചിതമായ കുറയ്ക്കൽ പ്രവർത്തനവും, അതിൻ്റെ റിഡക്ഷൻ ഉൽപ്പന്നങ്ങളും ലിഥിയം അയോൺ ബൈൻഡിംഗും വിനൈൽ സൾഫേറ്റിനേക്കാൾ ദുർബലമായതിനാൽ (ഡിടിഡി), ഓർഗാനിക് അഡിറ്റീവുകളുടെ ഉപയോഗം ലഘൂകരിക്കുന്നത് ഇൻ്റർഫേസ് പ്രതിരോധം വർദ്ധിപ്പിക്കും. നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡ് ഇൻ്റർഫേസ് ഫിലിമിൻ്റെ കൂടുതൽ സ്ഥിരതയുള്ളതും മികച്ചതുമായ അയോണിക് ചാലകത. ഡൈമെതൈൽ സൾഫൈറ്റ് (ഡിഎംഎസ്) പ്രതിനിധീകരിക്കുന്ന സൾഫൈറ്റ് എസ്റ്ററുകൾക്ക് ഉയർന്ന വൈദ്യുത സ്ഥിരതയും വിശാലമായ പ്രവർത്തന താപനിലയും ഉണ്ട്.

(2) ഇലക്ട്രോലൈറ്റിൻ്റെ ലായകം
പരമ്പരാഗത ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററി ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് 1 മോൾ ലിഥിയം ഹെക്സാഫ്ലൂറോഫോസ്ഫേറ്റ് (LiPF6) ഒരു മിശ്രിത ലായകത്തിൽ ലയിപ്പിക്കുക, അതായത് EC, PC, VC, DMC, methyl ethyl carbonate (EMC) അല്ലെങ്കിൽ Diethyl carbonate (DEC) ലായകം, ദ്രവണാങ്കം, വൈദ്യുത സ്ഥിരാങ്കം, വിസ്കോസിറ്റി, ലിഥിയം ഉപ്പ് എന്നിവയുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നത് ബാറ്ററിയുടെ പ്രവർത്തന താപനിലയെ സാരമായി ബാധിക്കും. നിലവിൽ, വാണിജ്യ ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റ് -20 ഡിഗ്രിയിലും താഴെയുമുള്ള താഴ്ന്ന താപനിലയിൽ പ്രയോഗിക്കുമ്പോൾ ദൃഢീകരിക്കാൻ എളുപ്പമാണ്, കുറഞ്ഞ വൈദ്യുത സ്ഥിരാങ്കം ലിഥിയം ലവണത്തെ വിഘടിപ്പിക്കാൻ പ്രയാസമാക്കുന്നു, കൂടാതെ ബാറ്ററിയുടെ ആന്തരിക പ്രതിരോധം കുറയ്ക്കാൻ വിസ്കോസിറ്റി വളരെ കൂടുതലാണ്. വോൾട്ടേജ് പ്ലാറ്റ്ഫോം. ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ഫോർമുലേഷൻ (EC:PC:EMC=1:2:7) ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുന്നതിലൂടെ, TiO2(B)/ ഗ്രാഫീൻ നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡിന് A ഉണ്ടായിരിക്കും പോലെ, നിലവിലുള്ള ലായക അനുപാതം ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുന്നതിലൂടെ ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾക്ക് മികച്ച താഴ്ന്ന-താപനില പ്രകടനം നടത്താൻ കഴിയും. -20℃-ൽ ~240 mA h g-1, നിലവിലെ സാന്ദ്രത 0.1 A g-1. അല്ലെങ്കിൽ പുതിയ താഴ്ന്ന താപനില ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ലായകങ്ങൾ വികസിപ്പിക്കുക. കുറഞ്ഞ ഊഷ്മാവിൽ ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളുടെ മോശം പ്രകടനം പ്രധാനമായും ഇലക്ട്രോഡ് മെറ്റീരിയലിൽ Li+ ഉൾച്ചേർക്കൽ പ്രക്രിയയിൽ Li+ ൻ്റെ സാവധാനത്തിലുള്ള ഡിസോൾവേഷനുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. 1, 3-ഡയോക്‌സോപെൻ്റൈലീൻ (DIOX) പോലെയുള്ള Li+ നും സോൾവെൻ്റ് തന്മാത്രകൾക്കും ഇടയിൽ കുറഞ്ഞ ബൈൻഡിംഗ് ഊർജമുള്ള പദാർത്ഥങ്ങൾ തിരഞ്ഞെടുക്കാം, കൂടാതെ നാനോ സ്‌കെയിൽ ലിഥിയം ടൈറ്റനേറ്റ് ബാറ്ററി ടെസ്റ്റ് അസംബിൾ ചെയ്യുന്നതിനുള്ള ഇലക്‌ട്രോഡ് മെറ്റീരിയലായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. അൾട്രാ-ലോ താപനിലയിൽ ഇലക്ട്രോഡ് മെറ്റീരിയൽ, അങ്ങനെ മെച്ചപ്പെട്ട താഴ്ന്ന-താപനില പ്രകടനം കൈവരിക്കാൻ.

(3) ലിഥിയം ഉപ്പ്
നിലവിൽ, വാണിജ്യ LiPF6 അയോണിന് ഉയർന്ന ചാലകതയുണ്ട്, പരിസ്ഥിതിയിലെ ഉയർന്ന ഈർപ്പം ആവശ്യകതകൾ, മോശം താപ സ്ഥിരത, കൂടാതെ ജലപ്രതികരണത്തിലെ HF പോലുള്ള മോശം വാതകങ്ങൾ സുരക്ഷാ അപകടങ്ങൾക്ക് കാരണമാകുന്നത് എളുപ്പമാണ്. ലിഥിയം ഡിഫ്ലൂറോക്‌സലേറ്റ് ബോറേറ്റ് (LiODFB) നിർമ്മിക്കുന്ന സോളിഡ് ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റ് ഫിലിം വേണ്ടത്ര സ്ഥിരതയുള്ളതും മികച്ച താഴ്ന്ന താപനില പ്രകടനവും ഉയർന്ന നിരക്ക് പ്രകടനവുമുണ്ട്. കാരണം ലിഥിയം ഡയോക്‌സലേറ്റ് ബോറേറ്റ് (LiBOB), LiBF4 എന്നിവയുടെ ഗുണങ്ങൾ LiODFB-ക്ക് ഉണ്ട്.

3. സംഗ്രഹം
ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളുടെ താഴ്ന്ന താപനില പ്രകടനത്തെ ഇലക്‌ട്രോഡ് മെറ്റീരിയലുകൾ, ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റുകൾ എന്നിങ്ങനെ പല വശങ്ങളും ബാധിക്കും. ഇലക്‌ട്രോഡ് മെറ്റീരിയലുകളും ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റും പോലെയുള്ള ഒന്നിലധികം വീക്ഷണങ്ങളിൽ നിന്നുള്ള സമഗ്രമായ മെച്ചപ്പെടുത്തൽ ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളുടെ പ്രയോഗവും വികാസവും പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കും, കൂടാതെ ലിഥിയം ബാറ്ററികളുടെ പ്രയോഗ സാധ്യതയും നല്ലതാണ്, എന്നാൽ കൂടുതൽ ഗവേഷണത്തിൽ സാങ്കേതികവിദ്യ വികസിപ്പിക്കുകയും പൂർണ്ണമാക്കുകയും വേണം.