Как улучшить низкотемпературные характеристики электролита литий-ионного аккумулятора

Литий-ионные аккумуляторы, являющиеся на сегодняшний день наиболее успешными аккумуляторами химической энергии, занимают одно из первых мест в сфере бытовой электроники, они не только больше открывают доступ к электромобилям, но и обладают такими выдающимися характеристиками, литий-ионные аккумуляторы очень чувствительны к температуре, а низкая температура вызывает снижение Из-за производительности литий-ионного аккумулятора и даже из-за того, что литий-ионный аккумулятор не может использоваться, низкотемпературная зарядка больше приведет к производству дендрита лития, чтобы улучшить низкотемпературные характеристики литий-ионных аккумуляторов, как предполагают исследователи. различные меры, такие как MartaKasprzyk Варшавский технологический университет, люди выдвинули технологию аморфного электролита, будет использование температуры электролита для расширения до -60 ℃, профессор Шанхайского университета Ся Юн Яо, этилацетат, электролит, будет дополнительно снизить температуру специального материала батареи до 75 ℃, конечно, не все исследования будут сосредоточены на электролите, Университет Пенсильвании Гуаншэн Чжан и другие разработают встроенный нагревательный элемент Ni, батарея от 40 ℃, чтобы восстановить нормальную температуру, требуется всего 112 с, что значительно повысит удобство использования литий-ионных батарей, используемых при низких температурах .

Повышение производительности литий-ионного аккумулятора является ключом к повышению производительности электролита при низких температурах, при низких температурах вязкость обычного электролита литий-ионного аккумулятора будет быстро увеличиваться при низкой температуре, электропроводность резко упала, мы используем обычный коммерческий электролит литий-ионного аккумулятора LB303 в качестве Например, его ионная проводимость при нормальной температуре составляет 10 мСм / см, но при температуре 40 ℃, его проводимость резко падает до 0,02 мСм / см, что серьезно сказывается на характеристиках низкотемпературного разряда литий-ионного аккумулятора, поэтому улучшает низкотемпературные характеристики аккумулятора. литий-ионные батареи - ключ к улучшению низкотемпературных характеристик электролита.


О том, как улучшить низкотемпературные характеристики электролита литий-ионной батареи, Соединенные Штаты, Университет Висконсина, Милуоки, JanakKafle не думает, что нам нужно добавлять специальные добавки в электролит, только путем регулировки соотношения растворителя электролита, может значительно улучшить низкотемпературные характеристики электролита. Исследование JanakKafle циклического карбонатного типа растворителя может снизить низкотемпературные характеристики электролита, а растворитель с прямой цепью может улучшить низкотемпературные характеристики электролита.

Ниже показаны некоторые общие для всех молекулярные структуры растворителя для литий-ионных аккумуляторов и некоторые из основных физических и химических показателей, которые мы можем видеть из изображения обычных растворителей EC для колец, EC может помочь в отрицательной форме улучшить стабильность пленка SEI, поэтому мы надеемся добавить больше EC в электролит, но высокая температура плавления EC (38 ℃) и характеристики высокой вязкости приводят к чрезмерной проводимости электролита присоединения EC при низкой температуре, влияние на производительность Электролит при низкой температуре.Прямая цепочка растворителей, таких как DMC, EMC, имеет относительно низкую вязкость и хорошую электрохимическую стабильность, поэтому для улучшения низкотемпературных характеристик электролита литий-ионной батареи мы обычно используем различные смеси растворителей. низкотемпературные характеристики электролита, такие как Соединенные Штаты в лаборатории реактивного движения MCS mart, за счет оптимизации смеси растворителя электролита, например, космической мощности аккумулятор SAFT размера DD (9 ач) с использованием диапазона температур расширен до 50-40 ℃ (до 40 ℃, C / 10, чем энергия все еще может достигать 95 Вт · ч / кг), чтобы удовлетворить потребности миссий на Марс.


Чтобы изучить различную пропорцию влияния растворителя на свойства температуры электролита, в университете Висконсина Милуоки ДжанакКафле разработал различные составы электролита (показанные в таблице ниже, тестовая батарея для NCM111 (0,93 мАч / см2). ) положительный / графитовый анодный элемент с кнопкой, тестовая система составляет 25 ℃, 1 c, 2 часа при низкой температуре, для достижения теплового баланса после разряда батареи 5 c), с точки зрения результатов испытаний, низкая температура зависит от емкости разряда батареи от соотношения растворителей в электролите, когда более 40% растворителя в кольцевом пространстве, при низких температурах разрядная емкость электролита значительно снижается.


На приведенном ниже рисунке показано различное соотношение добавляемой электролитной емкости EC при разряде батареи при низкой температуре, что очень четко видно из рисунка, разрядная емкость батареи при низкой температуре увеличивалась с увеличением кольцевого отношения добавляемой EC-добавки значительно уменьшалась.


На приведенном ниже рисунке показаны различные пропорции влияния короткоцепочечного растворителя на разрядную емкость аккумулятора при низкой температуре (из-за того, что ЕС добавляет очень небольшую долю во всем эксперименте, составляет всего 20-30%, поэтому ЕС для Это влияет на низкотемпературные характеристики батареи, поэтому исследования и) вместе, мы можем заметить на картинке с увеличением количества растворителя с короткой цепью, низкая температура разрядки батареи показала значительное улучшение. На самом деле это не в нашем обычном понимании, поскольку температура плавления DMC и EC при 3 ℃ и 38 ℃ соответственно не приведет к значительному снижению точки плавления электролита, это предполагает наличие других факторов, влияющих на низкотемпературные свойства электролита.


Чтобы проанализировать ключевые факторы, влияющие на температурные характеристики электролита, нам нужно вернуться к первой форме этой статьи, мы заметили, что электролит 11 # может выделять только электролит № 12 при температуре ниже - 20 ℃ примерно до 80% емкости, и единственная разница между этими двумя типами электролита, где электролит увеличен на 2% в добавке 12 # VC, в то время как 2% добавки VC существенно не изменяют проводимость электролита, и более важно то, что часть VC в происходит процесс восстановления батареи, поэтому мы можем сделать вывод, что электролит 12 # имеет лучшие низкотемпературные характеристики, ключевые факторы образуются лучшей пленкой SEI.

В следующей таблице сравнивается в электролите, 9, 10 и 12 формирование пленки SEI пропорции элементов C, O, F и P, из таблицы мы можем заметить различие SEI, самую большую разницу в F элемент в электролите 9 # при образовании пленки SEI около 70%, содержание элемента F в электролите 10 # и 12 # содержание элемента F образования пленки SEI составляет только 10% и 16%, и мы знаем, что больше LiF означает меньшее сопротивление диффузии Li +, что означает лучшую разрядность.


Из приведенного выше анализа легко понять, что фокус конфликта был из-за проводимости электролита при низкой температуре, перемещенной на катод пленки SEI. SEI - это когда в литий-ионную батарею, состав электролита разложение пористой структуры в Пористость и плотность катода оказывают значительное влияние на характеристики батареи, высокая пористость может остановить дальнейшую реакцию электролита на поверхности катода, в то время как плотность слишком высока для диффузии Li + в значительных препятствиях. Следующая таблица показывает различная форма пленки SEI в разных электролитах 25 ℃ и 20 ℃ под импедансом результатов подгонки, из таблицы мы заметили, что при падении температуры изменение омического сопротивления Rs относительно невелико, а Li + в диффузионном сопротивлении пленки SEI R и заряде обменный импеданс Rcte сильно изменился, это говорит о том, что более низкая ионная проводимость электролита не является основной причиной низкотемпературных характеристик батареи. Ключевым фактором, действительно приводящим к снижению низкотемпературных характеристик аккумулятора, является увеличение межфазной диффузии и импеданса перезарядки.



Нетрудно увидеть через приведенный выше анализ, низкотемпературная проводимость электролита для литий-ионных аккумуляторов, влияние низкотемпературных характеристик не было таким большим, а катод состав и структура пленки SEI для низкотемпературных характеристик батареи намного важнее, влияние хорошей пленки SEI должно содержать больше LiF, тем самым уменьшая диффузионный импеданс Li + в пленке SEI. Как правило, больше цепочечных растворителей, таких как EMC и DMC, меньше кольцевых растворителей, таких как EC может эффективно улучшить низкотемпературные характеристики литий-ионных аккумуляторов, но для формирования более стабильной пленки SEI нам все равно необходимо добавить небольшое количество EC и PC.

Страница содержит содержимое машинного перевода.