Past haroratli lityum ionli batareyaning ishlashini yaxshilash usuli

Lityum-ionli batareyalarning past haroratli ishlashining asosiy omillari hali ham muhokama qilinmoqda. Asosiy sabablar: past haroratlarda elektrolitning yopishqoqligi oshadi va o'tkazuvchanlik pasayadi; elektrolitlar / elektrod interfeysi membranasining qarshiligi va zaryad o'tkazuvchanligi qarshiligi ortadi; lityum ionlari faol moddiy tanada bo'ladi O'rtada migratsiya darajasi pasayadi. Natijada, past haroratlarda elektrodning polarizatsiyasi kuchayadi, zaryad va zaryadsizlanish hajmi pasayadi.

Lityum-ionli batareyalarni past haroratli zaryadlash paytida, ayniqsa past haroratli yuqori tezlikda zaryadlash paytida, lityum metallning yog'inlanishi va cho'kishi salbiy elektrodda paydo bo'ladi. Depozit qilingan metall lityum elektrolit bilan qaytarilmas reaksiyaga kirishishi oson va ko'p miqdorda elektrolit iste'mol qiladi. Shu bilan birga, SEI plyonkasining qalinligi yanada oshadi, natijada batareyaning salbiy elektrod sirt plyonkasining impedansi yanada oshadi va batareyaning qutblanishi yana oshadi, bu esa past harorat ko'rsatkichlariga katta zarar etkazadi, batareyaning ishlash muddati va xavfsizligi.

Past haroratli lityum-ionli batareyaning ishlashini yaxshilash usuli Batareyaning past harorat ko'rsatkichlarini uch jihatdan yaxshilash uchun modifikatsiya qilish usuli: ijobiy elektrod, elektrolit va salbiy elektrod.

1. Katod moddasi

Katod materiallarining past haroratda ion diffuzion ko'rsatkichlarini yaxshilashning asosiy usullari quyidagilardir:

1 Aktiv material korpusining mukammal o'tkazuvchanlik materiallari bilan sirtini qoplash usuli ijobiy elektrod materiallari interfeysining o'tkazuvchanligini yaxshilaydi, interfeys empedansini pasaytiradi, shu bilan birga ijobiy elektrod materiali va elektrolitning yon reaktsiyalarini kamaytiradi va moddiy tuzilishini barqarorlashtiradi.

2 Materiallar tanasi Mn, Al, Cr, Mg, F va boshqa elementlar bilan ommaviy ravishda doping qilinadi va tanadagi Li + ning tarqalish tezligini oshirish, diffuziyani kamaytirish uchun materialning qatlamlari oralig'i oshiriladi. Li + ning qarshiligi va batareyaning past harorat ko'rsatkichlarini yaxshilaydi.

3 Materiallar zarralari hajmini kamaytiring va Li + ko'chish yo'lini qisqartiring. Shuni ta'kidlash kerakki, ushbu usul materialning o'ziga xos yuzasini oshiradi va elektrolit bilan yon reaktsiyasini oshiradi.

2. Elektrolit

Lityum ion batareyasining muhim qismi sifatida elektrolit nafaqat Li fazasini + suyuqlik fazasida migratsiya tezligini aniqlaydi, balki SEI plyonkasini shakllantirishda ham ishtirok etadi va bu uning ishlashida asosiy rol o'ynaydi. SEI filmi. Past haroratlarda elektrolitning yopishqoqligi oshadi, o'tkazuvchanligi pasayadi, SEI plyonkasining impedansi oshadi va ijobiy va salbiy materiallarga mosligi yomonlashadi, bu esa batareyaning energiya zichligi va tsiklining ishlashini juda yomonlashtiradi.

Hozirgi vaqtda past harorat ko'rsatkichlarini elektrolitlar yordamida yaxshilashning ikkita usuli mavjud:

(1) elektrolitning past haroratli o'tkazuvchanligini erituvchi tarkibini optimallashtirish va yangi elektrolit tuzlari yordamida yaxshilash;

(2) SEI plyonkasining xususiyatlarini yaxshilash uchun yangi qo'shimchalardan foydalaning va uni past haroratlarda Li + o'tkazuvchanligiga yordam bering.

1 Solvent tarkibini optimallashtirish

Elektrolitning past harorat ko'rsatkichlari asosan uning past haroratli evtektik nuqtasi bilan belgilanadi. Agar erish nuqtasi juda yuqori bo'lsa, elektrolitni past haroratda kristallash oson, bu elektrolitning o'tkazuvchanligiga jiddiy ta'sir qiladi. Etilen karbonat (EC) elektrolitning asosiy hal qiluvchi qismidir, ammo uning erish nuqtasi 36 ° C ni tashkil qiladi va past haroratlarda elektrolitda eruvchanligi pasayadi yoki hatto cho'kadi, bu esa past harorat ko'rsatkichlariga katta ta'sir ko'rsatadi. batareya. Erituvchi EC miqdorini kamaytirish uchun past erish harorati va yopishqoqligi past komponentlarni qo'shib, past haroratlarda elektrolitning yopishqoqligi va evtektik nuqtasi samarali ravishda kamayishi va elektrolitning o'tkazuvchanligi yaxshilanishi mumkin.

2 Yangi elektrolit tuzi

Elektrolit tuzi elektrolitning muhim tarkibiy qismlaridan biri bo'lib, u past harorat ko'rsatkichlarini olish uchun asosiy omil hisoblanadi. Hozirgi vaqtda savdo elektrolitlar tuzi lityum geksaflorofosfat bo'lib, hosil bo'lgan SEI plyonkasi katta impedansga ega, natijada past harorat ko'rsatkichlari yomonlashadi. Lityum tuzining yangi turini yaratish yaqinlashmoqda. Lityum tetrafloroborat kichik anion radiusiga ega, birikishi oson va LiPF6 ga qaraganda past o'tkazuvchanlikka ega, ammo past haroratlarda zaryad o'tkazuvchanligi past va elektrolit tuzi sifatida past harorat ko'rsatkichlari yaxshi.

3 qo'shimchalar

SEI filmi batareyaning past harorat ko'rsatkichlariga juda muhim ta'sir ko'rsatadi. Bu ionli o'tkazgich va elektron izolyator bo'lib, Li + uchun suyuqlik fazasidan elektrod yuzasiga etib boradigan kanaldir. Past haroratlarda SEI plyonkasining impedansi oshadi va SEI plyonkasidagi Li + ning tarqalish tezligi keskin pasayadi, bu elektrod yuzasida zaryadlarning to'planishini chuqurlashtiradi, natijada lityum kamayadi grafitni kiritish qobiliyati va polarizatsiyaning oshishi. SEI plyonkasining tarkibini va plyonka hosil qilish sharoitlarini optimallashtirish orqali past haroratlarda SEI plyonkasining ion o'tkazuvchanligini oshirish batareyaning past harorat ko'rsatkichlarini yaxshilash uchun foydalidir. Shu sababli, past haroratli mukammal ko'rsatkichlarga ega kino hosil qiluvchi qo'shimchalarni ishlab chiqish hozirgi tadqiqot nuqtasidir.

Xulosa qilib aytganda, elektrolitning o'tkazuvchanligi va plyonka hosil qilish qarshiligi lityum-ionli batareyalarning past harorat ko'rsatkichlariga muhim ta'sir ko'rsatadi. Past haroratli elektrolitlar uchun uni uch jihatdan har tomonlama optimallashtirish kerak: elektrolitlar erituvchi tizimi, lityum tuzi va qo'shimchalar. Elektrolit erituvchisi uchun eritish darajasi past, yopishqoqligi past va dielektrik o'tkazuvchanligi yuqori bo'lgan erituvchi tizimini tanlash kerak. Lineer karboksilat eritgichlari past harorat ko'rsatkichlariga ega, ammo ular tsiklning ishlashiga ko'proq ta'sir qiladi va tsiklik karbonat kislota bilan yuqori dielektrik doimiyligi bilan mos kelishi kerak, EK va EK kabi efirlarni aralashtirish; lityum tuzlari va qo'shimchalari uchun asosiy e'tibor plyonka hosil qilish qarshiligini kamaytirish va lityum ionlarining migratsiya tezligini oshirishdan iborat. Bundan tashqari, past haroratlarda litiy tuzi kontsentratsiyasini tegishli ravishda oshirish elektrolitning o'tkazuvchanligini oshirishi va past harorat ko'rsatkichlarini oshirishi mumkin.

3. Anodli material

Uglerod anodli materiallar tarkibidagi lityum ionlarining diffuzion kinetik shartlarining yomonlashishi litiy-ionli batareyalarning past harorat ko'rsatkichlarini cheklashning asosiy sababidir. Shuning uchun zaryad olish jarayonida anodning elektrokimyoviy polarizatsiyasi sezilarli darajada kuchayadi, bu esa anod yuzasida metall lityumning yog'inlanishiga olib keladi.

Tegishli anot materialini tanlash batareyaning past harorat ko'rsatkichlarini yaxshilashning asosiy omilidir. Hozirgi vaqtda past harorat ko'rsatkichlarini optimallashtirish asosan anodni sirtini qayta ishlash, sirtni qoplash, qatlam oralig'ini ko'paytirish uchun doping va zarracha hajmini boshqarish usullari orqali amalga oshiriladi.

1 Yuzaki ishlov berish

Yuzaki ishlov berish sirt oksidlanishini va floratsiyani o'z ichiga oladi. Yuzaki ishlov berish grafit yuzasidagi faol joylarni kamaytirishi, quvvatni qaytarib bo'lmaydigan yo'qotilishini kamaytirishi va ko'proq mikro-nano strukturasi teshiklarini hosil qilishi mumkin, bu Li + ning tarqalishiga yordam beradi va impedansni pasaytiradi.

2 Yuzaki qoplama

Uglerod qoplamasi va metall qoplama kabi sirt qoplamalari nafaqat salbiy elektrod va elektrolitlar orasidagi to'g'ridan-to'g'ri aloqa qilishdan qochish, elektrolitlar va salbiy elektrodlarning mosligini yaxshilash, balki grafitning o'tkazuvchanligini oshirish, ko'proq lityum kiritish joylarini ta'minlash va Qaytarib bo'lmaydigan quvvatni kamaytirish. Bundan tashqari, yumshoq uglerod yoki qattiq uglerod materialining qatlam oralig'i grafitnikidan kattaroqdir. Salbiy elektrodga yumshoq uglerod yoki qattiq uglerodli material qatlamini yopish litiy ionlarining tarqalishini osonlashtiradi va SEI plyonkasining qarshiligini pasaytiradi va shu bilan batareyaning past harorat ko'rsatkichlarini yaxshilaydi. Ag ning oz miqdorini sirt qoplamasi salbiy elektrod materialining o'tkazuvchanligini yaxshilaydi va past haroratlarda mukammal elektrokimyoviy ko'rsatkichlarga ega bo'ladi.

3 Grafit qatlamlari orasidagi masofani oshiring

Grafit anotning qatlamlararo oralig'i kichik bo'lib, past haroratlarda grafit qatlamlari orasidagi lityum ionlarining tarqalish darajasi pasayadi, natijada qutblanish kuchayadi. Grafitni tayyorlash jarayonida B, N, S, K va boshqa elementlarning kiritilishi grafitning tuzilishini o'zgartirishi va ko'payishi mumkin Grafitning qatlamlararo oralig'i uning lityumni chiqarish / bo'shatish qobiliyatini yaxshilaydi. P (0,106pm) ning atom radiusi C (0,077pm) dan kattaroqdir. P doping yordamida grafitning qatlamlararo oralig'i ko'payishi, lityum ionlarining diffuziya qobiliyati kuchayishi va ehtimol yaxshilanishi mumkin. Grafit kristalitlarining uglerod materiallaridagi tarkibi. K ning uglerod moddasiga kiritilishi KC8 interkalatsiya birikmasini hosil qiladi. Kaliy chiqarilganda, uglerod materialining qatlamlararo oralig'i ko'payadi, bu lityumni tez kiritish uchun foydali bo'ladi va shu bilan batareyaning past harorat ko'rsatkichlarini yaxshilaydi.

4 Salbiy elektrod zarralari hajmini boshqaring

Salbiy elektrod zarrachalarining kattaligi qanchalik katta bo'lsa, lityum ionining diffuziya yo'li shuncha uzun bo'ladi va diffuziya qarshiligi shunchalik katta bo'ladi, bu konsentratsiyaning polarizatsiyasini kuchayishiga va past haroratning yomon ishlashiga olib keladi. Shuning uchun salbiy elektrod materialining zarracha hajmini mos ravishda kamaytirish grafit qatlamlari orasidagi lityum ionlarining migratsiya masofasini samarali ravishda qisqartirishi, diffuziya qarshiligini kamaytirishi, elektrolitlar infiltratsiya maydonini oshirishi va batareyaning past harorat ko'rsatkichlarini yaxshilashi mumkin. Bundan tashqari, kichik zarracha zarralari bilan granulyatsiya qilingan grafit manfiy elektrodining izotropiyasi yuqori bo'lib, ko'proq lityum joylashadigan joylarni ta'minlay oladi, qutblanishni kamaytiradi va batareyaning past harorat ko'rsatkichlarini sezilarli darajada yaxshilaydi.

Lityum-ionli batareyalarning past harorat ko'rsatkichlari lityum batareyalarni qo'llashni cheklovchi asosiy omil hisoblanadi. Lityum batareyalarning past harorat ko'rsatkichlarini qanday yaxshilash kerakligi hozirgi tadqiqotning hali ham issiq va qiyin nuqtasidir. Lityum batareyalarning past harorat ko'rsatkichlarini yaxshilash uchun batareyadagi ijobiy elektrod, salbiy elektrod va elektrolit kabi har tomonlama omillarning ta'sirini hisobga olish kerak. Elektrolit erituvchisi, qo'shimchalar va lityum tuzi tarkibini optimallashtirish orqali elektrolitning o'tkazuvchanligi yaxshilanadi va plyonka hosil bo'lishiga qarshilik kamayadi; Materiallar strukturasini optimallashtirish va interfeys qarshiligini kamaytirish va Li + ning diffuziya qarshiligini faol moddaning tanasida kamaytirish uchun elektrod materiali doping, qoplama va granulyatsiya kabi modifikatsiyalash jarayonlaridan o'tadi. Batareya tizimini umumiy optimallashtirish orqali lityum batareyaning past haroratlarda polarizatsiyasi kamayadi va batareyaning past harorat ko'rsatkichlari yanada yaxshilanadi.