لماذا تصبح قدرة بطارية الليثيوم أقل في الشتاء؟

تم استخدام بطاريات الليثيوم أيون على نطاق واسع نظرًا لعمرها الطويل وقدرتها المحددة الكبيرة وعدم وجود تأثير على الذاكرة منذ دخولها إلى السوق. يواجه استخدام بطاريات الليثيوم أيون في درجات الحرارة المنخفضة مشاكل مثل السعة المنخفضة، والتوهين الشديد، وضعف أداء معدل الدورة، وهطول الأمطار الواضح بالليثيوم، وعدم توازن الليثيوم. ومع ذلك، مع التوسع المستمر في مجالات التطبيق، أصبحت القيود الناجمة عن الأداء الضعيف لبطاريات الليثيوم أيون في درجات الحرارة المنخفضة أكثر وضوحًا.

وفقًا للتقارير، تبلغ سعة تفريغ بطاريات الليثيوم أيون عند درجة -20 حوالي 31.5 بالمائة فقط من تلك الموجودة في درجة حرارة الغرفة. تتراوح درجة حرارة تشغيل بطاريات الليثيوم أيون التقليدية بين -20 وزائد 55 درجة. ومع ذلك، في مجال الطيران والصناعة العسكرية والمركبات الكهربائية وغيرها من المجالات، يلزم أن تعمل البطاريات بشكل طبيعي عند درجة -40 . لذلك، من المهم جدًا تحسين خصائص بطاريات الليثيوم أيون في درجات الحرارة المنخفضة.

العوامل التي تقيد أداء درجات الحرارة المنخفضة لبطاريات الليثيوم أيون

في بيئة ذات درجة حرارة منخفضة، تزداد لزوجة المنحل بالكهرباء، وحتى تصلب جزئيًا، مما يؤدي إلى انخفاض في توصيل بطارية الليثيوم أيون.

في بيئة درجة حرارة منخفضة، يصبح التوافق بين المنحل بالكهرباء والقطب السالب والفاصل ضعيفًا.

يترسب الليثيوم بشكل خطير من القطب السالب لبطارية الليثيوم أيون في بيئة منخفضة الحرارة، ويتفاعل معدن الليثيوم المترسب مع الإلكتروليت، ويؤدي ترسيب ناتجه إلى زيادة سمك واجهة الإلكتروليت الصلبة (SEI) .

في بيئة ذات درجة حرارة منخفضة، يتناقص نظام نشر بطاريات الليثيوم أيون في المادة النشطة، وتزداد مقاومة نقل الشحنة (Rct) بشكل ملحوظ.

مناقشة العوامل المحددة التي تؤثر على أداء بطاريات الليثيوم أيون في درجات الحرارة المنخفضة

رأي الخبراء 1: للإلكتروليت التأثير الأكبر على أداء بطاريات الليثيوم أيون في درجات الحرارة المنخفضة، كما أن التركيب والخصائص الفيزيائية والكيميائية للإلكتروليت لها تأثير مهم على أداء البطارية في درجات الحرارة المنخفضة. المشكلة التي تواجهها دورة البطارية عند درجة حرارة منخفضة هي: زيادة لزوجة المنحل بالكهرباء، وسوف تتباطأ سرعة التوصيل الأيوني، ولن تتطابق سرعة هجرة الإلكترون للدائرة الخارجية. لذلك، ستكون البطارية مستقطبة بشدة وستنخفض قدرة الشحن والتفريغ بشكل حاد. خاصة عند الشحن في درجة حرارة منخفضة، يمكن لأيونات الليثيوم أن تشكل تشعبات الليثيوم بسهولة على سطح القطب السالب، مما يؤدي إلى فشل البطارية.

يرتبط أداء المنحل بالكهرباء في درجات الحرارة المنخفضة ارتباطًا وثيقًا بموصلية المنحل بالكهرباء نفسه. يمكن للإلكتروليت ذو الموصلية العالية أن ينقل الأيونات بشكل أسرع ويمكنه بذل سعة أكبر عند درجات حرارة منخفضة. كلما زادت أملاح الليثيوم المنفصلة في المنحل بالكهرباء، زادت أعداد الهجرة وزادت الموصلية. كلما زادت الموصلية، زاد معدل التوصيل الأيوني، وقل الاستقطاب، وكان أداء البطارية أفضل عند درجة حرارة منخفضة. لذلك، تعد الموصلية العالية شرطًا ضروريًا لتحقيق أداء جيد لبطاريات الليثيوم أيون في درجات الحرارة المنخفضة.

ترتبط موصلية المنحل بالكهرباء بتكوين المنحل بالكهرباء، وتقليل لزوجة المذيب هو أحد الطرق لزيادة توصيلية المنحل بالكهرباء. المذيب إن السيولة الجيدة للمذيب عند درجة حرارة منخفضة هي ضمان نقل الأيونات، كما أن فيلم الإلكتروليت الصلب الذي يتكون من المنحل بالكهرباء على القطب السالب عند درجة حرارة منخفضة هو أيضًا مفتاح توصيل أيونات الليثيوم، وRSEI هي المعاوقة الرئيسية بطاريات الليثيوم أيون في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة.

الخبير 2: العامل الرئيسي الذي يحد من أداء بطاريات الليثيوم أيون في درجات الحرارة المنخفضة هو الزيادة الحادة في مقاومة الانتشار في درجات الحرارة المنخفضة، وليس فيلم SEI.

خصائص درجات الحرارة المنخفضة لمواد الكاثود لبطاريات الليثيوم أيون

خصائص درجات الحرارة المنخفضة لمواد الكاثود ذات الطبقات

إن الهيكل متعدد الطبقات، الذي لا يتمتع فقط بأداء معدل لا يضاهى لقناة نشر أيون الليثيوم أحادية البعد، ولكن يتمتع أيضًا بالاستقرار الهيكلي للقناة ثلاثية الأبعاد، هو أقدم مادة كاثود لبطارية ليثيوم أيون تجارية. المواد التمثيلية لها هي LiCoO2 وLi(Co1-xNix)O2 وLi(Ni, Co, Mn)O2 وما إلى ذلك.