Литиевые батареи прорываются при низких температурах или больше не боятся отключения сотовых телефонов зимой.

Холодная погода, первоначальная энергия, полная литиевых батарей, емкость скидки, литиевые батареи, кажется, находятся в состоянии гибернации, эти новые энергетические транспортные средства и пользователи цифровых продуктов доставили много проблем. Сегодняшняя тема этой статьи - влияние низких температур на литиевые батареи и развитие исследований и разработок в отрасли.

Литиевая батарея больше всего боится низких температур?

В испытаниях, проведенных Американской автомобильной ассоциацией, электромобиль имел запас хода в 105 миль (169 километров) при температуре 75 градусов по Фаренгейту. При 20 градусах по Фаренгейту (около 7 ° C) он упадет до 43 миль (около 69 километров) - падение до 60%. Батареи чем-то похожи на человеческие. Когда климат становится холодным, они менее активны. Свинцовые батареи, литиевые и топливные элементы - все они подвержены воздействию низких температур, но в разной степени.

В качестве примера возьмем литий-железо-фосфатный аккумулятор, который чаще всего используется в электрических автобусах. Батарея отличается высокой безопасностью и долгим сроком службы, но ее характеристики при низких температурах немного хуже, чем у других технических систем. Низкая температура влияет как на положительный, так и на отрицательный электроды из фосфата лития-железа, электролит и связующее. Например, положительный электрод из фосфата лития-железа сам по себе имеет относительно низкую электронную проводимость и склонен к поляризации в условиях низкой температуры, что снижает емкость батареи; из-за низкой температуры скорость введения графитового лития снижается, и металлический литий легко осаждать на поверхности отрицательного электрода, и если время зарядки недостаточно, когда он вводится в эксплуатацию, металлический литий не может быть полностью внедрен в графите, и некоторое количество металлического лития продолжает существовать на поверхности отрицательного электрода, что может привести к образованию дендритов лития, что влияет на безопасность батареи. При низких температурах вязкость электролита увеличивается, а также следует сопротивление миграции ионов лития. Кроме того, в процессе производства фосфата лития-железа клей также является очень важным фактором, и низкая температура также имеет большое влияние на характеристики клея.

То же самое и литиевая батарея, литий-титанатная батарея превосходит низкотемпературную стойкость. Материал отрицательного электрода из титаната лития в структуре шпинели имеет потенциал введения лития около 1,5 В и не образует дендритов лития, а объемная деформация составляет менее 1% во время заряда и разряда. Батарея из наноразмерного титаната лития может заряжаться и разряжаться при высоком токе и обеспечивает быструю зарядку при низких температурах, обеспечивая при этом долговечность и безопасность батареи. Например, Yinlong New Energy, специализирующаяся на литиево-титанатных батареях, имеет нормальную емкость заряда и разряда -50-60 ° C.

Хотя литий-ионные аккумуляторы с отрицательным графитом можно разряжать при -40 ° C, трудно обеспечить зарядку обычным током при -20 ° C и более низких температурах. Это также область, которую промышленность активно изучает.

Исследование литиевых батарей с низкой термостойкостью в промышленности

Научно-исследовательские институты в отрасли сосредоточились на улучшении процесса использования существующих материалов положительных и отрицательных электродов и создании условий для работы батареи при низких температурах за счет повышения локальной температуры окружающей среды батареи.

Текущий материал батареи будет влиять на низкотемпературные характеристики батареи в направлении нанотехнологий, диаметр материала, электрическое сопротивление и длину оси плоскости AB. Wotema приготовила литий-железо-фосфатный материал с помощью трех процессов и использовала различные процессы для наночастиц и покрытия. Результаты показали, что увеличение длины оси AB увеличивало канал миграции иона лития, что способствовало улучшению удвоения характеристик батареи; Из материала, полученного с помощью трех процессов, объемный импеданс и импеданс ионного транспорта гранулированного графита с большим расстоянием между слоями относительно малы; Что касается электролитов, Wotema использовала низкотемпературные добавки на основе фиксированных систем растворителей и солей лития для увеличения разрядной емкости с 85% до 90%. Понятно, что уже в конце 2016 года Wotema достигла -20, -30, -40 ° C окружающей среды, коэффициент постоянного тока зарядки 0,5 C 62,9%, -20 ° C для достижения 94% разряда. В настоящее время криогенные батареи Wotema широко продвигаются во Внутренней Монголии, Северо-Восточном Китае и других регионах.

31 августа Пекинский технологический институт и другие научно-исследовательские группы объявили об успешной разработке аккумуляторных батарей для любых климатических условий. Техники используют принцип электрификации проволоки для выработки тепла. Никелевая фольга устанавливается на сердечник, и никелевая фольга возбуждается для выделения тепла, повышающего внутреннюю температуру батареи. После достижения определенной температуры фольга автоматически отключается, чтобы обеспечить сохранность батареи. Понятно, что в экспериментальной среде -30 ° C батареи, использующие эту технологию, могут быстро нагреваться до 0 ° C или более за 30 секунд, мощность разряда увеличивается более чем в 6 раз, а мощность зарядки увеличивается более чем 10 раз. Команда заявила, что технология не меняет исходную структуру батареи, а стоимость преобразования чрезвычайно низкая, подходит для свинцово-кислотных аккумуляторов, литиевых аккумуляторов и других типов аккумуляторов. По данным Battery China, всепогодный электромобиль, использующий эту технологию, будет выпущен к концу декабря 2017 года. Ожидается, что к 2020 году будет завершена разработка 11 прототипов продукции для четырех моделей и начнется демонстрация.

По сообщениям СМИ, на конкурсе инноваций и предпринимательства в Синьцзяне 2017 г., завершившемся 20 сентября, была представлена «Всеклиматическая литиевая батарея», разработанная доктором Ван Лэй из Синьцзянского института физики и химии Китайской академии. наук получила первую премию Творческой группы. Эта литиевая батарея может стабильно работать при температуре от -40 ° C до 60 ° C. В настоящее время команда завершила работу по тестированию продукта в различных условиях высоких и низких температур и собирается перейти к стадии коммерческого производства продукта.

19 сентября 2017 года в Баотоу, Внутренняя Монголия, был официально запущен 70 12-метровых газо-электрических гибридных автобусов, оснащенных литиевыми батареями Micro-Macro MpCO. Минимальная температура в зоне ниже -30 ° C, а максимальная - до 39 ° C. В головной части упаковки используется система быстрой перезарядки микро-макро, которая учитывает превосходную адаптивность микро-макро-быстрой перезаряжаемой батареи к окружающей среде.

Shandong WeiNeng - высокотехнологичное предприятие, специализирующееся на исследованиях, разработках и производстве военных низкотемпературных железо-фосфатно-литиевых батарей. Компания добилась значительных успехов в низкотемпературных характеристиках литий-железо-фосфатных батарей, разработанных и производимых в сотрудничестве с Институтом химии Китайской академии наук. Он может высвобождать номинальную мощность при низкой температуре -40 ° C. Более 90%.

Кроме того, силовой элемент Penghui Energy можно использовать при температуре от -20 до 60 ° C без систем обогрева и охлаждения. Thornton New Energy значительно улучшила низкотемпературные характеристики Sanyuan, а сердечник может нормально разряжаться при -20 ° C, что может удовлетворить потребности многих автомобильных компаний.

Почему для зарядки требуется больше температуры, чем для разрядки?

Внимательные читатели могут обнаружить, что аккумуляторы многих компаний могут нормально разряжаться при низких температурах, но при той же температуре трудно добиться нормальной зарядки или даже не заряжаться. Почему?

По словам инсайдеров отрасли, когда Li + внедряется в графитовые материалы, его сначала необходимо растворить. Этот процесс потребляет определенное количество энергии и предотвращает диффузию Li + в графит; Напротив, когда Li + удаляется из графитового материала в раствор, будет процесс сольватации, и сольватация не потребляет энергию, и Li + может быстро удалить графит. Поэтому зарядно-приемная способность графитового материала явно уступает разрядной.

Существует определенный риск зарядки аккумулятора в условиях низкой температуры. Потому что с понижением температуры кинетические характеристики отрицательного электрода из графита улучшаются. В процессе зарядки электрохимическая поляризация отрицательного электрода значительно усилилась. Вытекание металлического лития легко образует дендриты лития, проникает через диафрагму и приводит к короткому замыканию положительного и отрицательного полюсов.

Поэтому инсайдеры отрасли рекомендуют избегать использования литий-ионных батарей при низких температурах. Когда аккумулятор необходимо заряжать при низкой температуре, необходимо выбрать небольшой ток (т. Е. Медленную зарядку), чтобы максимально зарядить литий-ионный аккумулятор, и после зарядки литий-ионный аккумулятор полностью убирается в полку. Убедитесь, что отрицательно осажденный металлический литий может реагировать с графитом., Повторное внедрение в графитовый отрицательный электрод.

Конечно, у батарей из титаната лития есть преимущество материалов. Его все еще можно быстро заполнить при низких температурах. Такое своенравие затрудняет изучение других материальных элементов.

Страница содержит содержимое машинного перевода.