إن تأثير الشحن بدرجة الحرارة المنخفضة على بطاريات الليثيوم لا رجعة فيه

سيؤدي شحن البطاريات أو تفريغها في درجات حرارة منخفضة إلى تلف البطارية بشكل لا يمكن إصلاحه، مما يتسبب في انخفاض السعة ومخاطر السلامة الجسيمة. كما أن التخزين طويل الأمد في درجات حرارة منخفضة للغاية (-20 درجة ) سيؤدي أيضًا إلى تلف البطارية بشكل لا يمكن إصلاحه وتقليل سعتها.

1. العملية الكاملة لشحن بطارية الليثيوم أيون عند درجة حرارة منخفضة

المرحلة الإيجابية لبطاريات الليثيوم أيون هي بشكل عام ثلاثية (NCM)، وبطارية ليثيوم فوسفات الحديد (LFP) وبطارية أكسيد الكوبالت الليثيوم (LCO)، والقطب السالب هو الجرافيت (Gr). عندما يتم شحن البطارية، تنتقل أيونات الليثيوم من ثابت الشبكة الموجبة عبر الحجاب الحاجز المنحل بالكهرباء لبطارية الليثيوم إلى القطب السالب وتوضع في الطبقة الصلبة من الجرافيت. عند الشحن والتفريغ، يمكن أن نفهم أنه يخرج من الطبقة الصلبة للقطب السالب من الجرافيت ثم يعود إلى ثابت الشبكة الإيجابية.

عندما تكون درجة حرارة هيكل بطارية الليثيوم أيون وعملية الشحن والتفريغ منخفضة، ينخفض ​​أداء الحركة الجزيئية، وسيتباطأ معدل التفاعل بالكامل وعملية نقل المواد، وبالتالي فإن البطء الأكثر وضوحًا في البطارية هو الليثيوم- الأيون / نقل جزيئات الليثيوم في طبقة صلبة من الجرافيت (القطب السالب) وثابت شبكي موجب. ولذلك هناك الكثير من الليثيوم المودعة في المرحلة الكهربائية وصفحة المنحل بالكهرباء بطارية الليثيوم. عندما يتم شحن البطارية، لا يمكن ضغط أيونات الليثيوم في طبقة الجرافيت وستبقى على سطح القطب السالب، وتتحول إلى ليثيوم معدني وتتراكم في تشعبات الليثيوم. أثناء الشحن والتفريغ، يتم ضغط أيونات الليثيوم على سطح ثابت شعرية المرحلة الإيجابية، مما قد يؤدي بسهولة إلى تشقق المرحلة الإيجابية.

2. يؤدي شحن البطارية ذو درجة الحرارة المنخفضة إلى هطول الأمطار بالليثيوم، مما يؤدي إلى مخاطر واضحة على السلامة

عملية نمو تشعبات الليثيوم: عند شحن بطارية عادية، تدخل أيونات الليثيوم إلى الطبقة الصلبة من الجرافيت بطريقة منظمة، مما يسبب تفاعل الإقحام. ومع ذلك، عند شحن بطارية ذات درجة حرارة منخفضة، لا يمكن لأيونات الليثيوم الضغط في طبقة الجرافيت وسيتم امتصاصها دائمًا بواسطة الجهاز الإلكتروني الموجود على سطح القطب السالب وتصبح ليثيوم معدنية، مما يؤدي إلى تفاعل تحويل (فرق جهد التفاعل هو أقل من تفاعل الإقحام، والذي يمكن فهمه على أنه أكثر صعوبة في الحدوث، ومع ذلك، من الصعب أن تنتشر المواد الموجودة في تفاعل الإقحام، مما يتسبب في حدوث تفاعل التحويل بسهولة عند درجات حرارة منخفضة) ويتراكم في تشعبات الليثيوم. كما تعلمنا جميعًا في الكيمياء للصف التاسع، فإن الليثيوم المعدني شديد التفاعل ويمكن أن يتفاعل فورًا مع إلكتروليت بطارية الليثيوم. كما أن المكونات الكيميائية الناتجة لا يمكن عكسها، مما يتسبب في فقدان القدرة. بالإضافة إلى ذلك، يستمر معدن الليثيوم في النمو والتطور، ومن السهل جدًا ثقب الحجاب الحاجز والاتصال بالمرحلة الإيجابية، مما يتسبب في فشل الدائرة القصيرة الداخلية والتسبب بسهولة في حوادث سلامة أكثر خطورة.

3. الشحن والتفريغ بدرجة حرارة منخفضة يؤدي إلى تكسير الجسيمات ذات المستوى الإيجابي

أثناء الشحن والتفريغ في درجات الحرارة المنخفضة، يتم ضغط أيونات الليثيوم على سطح ثابت الشبكة ذات المستوى الإيجابي، مما قد يؤدي بسهولة إلى تكسير الجزيئات النشطة ذات المستوى الإيجابي. فمن ناحية يسبب ضرراً للمواد الخام ذات الطاقة الإيجابية مما يسبب ضرراً للقدرة. بالإضافة إلى ذلك، سيتم نقل ترسيب العناصر الكيميائية الزائدة في القطب الموجب إلى سطح القطب السالب وتحويلها إلى جزيئات معدنية، مما يؤدي إلى تكوين تراكم الليثيوم.

4. التخزين في درجة حرارة منخفضة يقلل من سعة البطارية

ومؤخراً، اكتشف بعض الباحثين أن البطارية يتم تخزينها في درجة حرارة منخفضة لمدة 48 ساعة فقط، ثم توضع في درجة حرارة الغرفة للراحة، ومن ثم يتم اختبار السعة. وجد أنه بالنسبة للبطاريات التي يتم نقعها في درجة حرارة عالية لفترة طويلة فإن سعتها ستنخفض بنسبة 3.2% عند شحنها بمعدل صغير (شحن بطيء)، أما عند شحنها بمعدل كبير (شحن سريع) فإن سعتها ستكون منخفضة. خفضت بنسبة 6٪.

العوامل التي تؤدي إلى ضعف القدرات هي:

1) انخفاض درجة الحرارة يؤدي إلى تفاقم تشقق المرحلة الإيجابية.

2) من المحتمل أن تتسبب درجة الحرارة المنخفضة في دوران الجزيئات ذات المستوى الموجب، مما يؤدي إلى انفصالها عن المادة اللاصقة وفقدان نشاط التحفيز الكهروضوئي.