پیشرفت فناوری باتری لیتیومی با قدرت دمای پایین

الزامات عملکرد فنی و مواد باتری‌های لیتیوم یونی که در دماهای پایین تهیه می‌شوند، بالا هستند. تخریب جدی عملکرد باتری قدرت لیتیوم یون در محیط دمای پایین به دلیل افزایش مقاومت داخلی است که منجر به دشواری انتشار الکترولیت و کوتاه شدن عمر چرخه سلولی می شود. بنابراین، تحقیق در مورد فن آوری باتری با قدرت دمای پایین در سال های اخیر پیشرفت هایی داشته است. باتری‌های لیتیوم یون سنتی با دمای بالا عملکرد ضعیفی در دمای بالا دارند و عملکرد آنها هنوز در شرایط دمای پایین ناپایدار است. حجم زیاد سلول های با دمای پایین، ظرفیت کم و عملکرد ضعیف چرخه دمای پایین؛ قطبش در دمای پایین به طور قابل توجهی قوی تر از دمای بالا است. افزایش ویسکوزیته الکترولیت در دمای پایین منجر به کاهش تعداد چرخه های شارژ / تخلیه می شود. کاهش ایمنی سلول ها و کاهش عمر باتری در دمای پایین؛ و کاهش عملکرد در استفاده در دمای پایین. علاوه بر این، عمر چرخه کوتاه باتری در دمای پایین و خطرات ایمنی سلول‌های دمای پایین، الزامات جدیدی را برای ایمنی باتری‌های قدرت مطرح کرده است. بنابراین، توسعه مواد باتری پایدار، ایمن، قابل اعتماد و با عمر طولانی برای محیط‌های با دمای پایین، تمرکز تحقیقات بر روی باتری‌های لیتیوم یونی با دمای پایین است. در حال حاضر، چندین ماده باتری لیتیوم یونی با دمای پایین وجود دارد: (1) مواد آند فلزی لیتیوم: فلز لیتیوم به دلیل پایداری شیمیایی بالا، هدایت الکتریکی بالا و عملکرد شارژ و تخلیه در دمای پایین به طور گسترده ای در وسایل نقلیه الکتریکی استفاده می شود. (2) مواد آند کربن به دلیل مقاومت حرارتی خوب، عملکرد چرخه دمای پایین، هدایت الکتریکی پایین و عمر چرخه دمای پایین در دماهای پایین به طور گسترده در وسایل نقلیه الکتریکی استفاده می شود. (3) مواد آند کربن به دلیل مقاومت حرارتی خوب، عملکرد چرخه دمای پایین، هدایت الکتریکی کم و عمر چرخه دمای پایین به طور گسترده در وسایل نقلیه الکتریکی استفاده می شود. در (3) الکترولیت های آلی عملکرد خوبی در دمای پایین دارند. (4) الکترولیت های پلیمری: زنجیره های مولکولی پلیمر نسبتا کوتاه هستند و میل ترکیبی بالایی دارند. (5) مواد معدنی: پلیمرهای معدنی پارامترهای عملکرد خوبی (رسانایی) و سازگاری خوبی بین فعالیت الکترولیت دارند. (6) اکسیدهای فلزی کمتر است. (7) مواد معدنی: پلیمرهای معدنی و غیره.

عمر چرخه باتری های لیتیومی عمدتاً به فرآیند تخلیه بستگی دارد، در حالی که دمای پایین عاملی است که تأثیر بیشتری بر عمر محصولات لیتیومی دارد. معمولاً در محیط دمای پایین، سطح باتری دچار تغییر فاز می شود که باعث آسیب ساختار سطحی می شود که با کاهش ظرفیت و ظرفیت سلول همراه است. در شرایط دمای بالا، گاز در سلول تولید می شود که انتشار حرارتی را تسریع می کند. در دمای پایین، گاز نمی تواند به موقع تخلیه شود و تغییر فاز مایع باتری را تسریع می کند. هر چه دما کمتر باشد، گاز بیشتری تولید می شود و تغییر فاز مایع باتری کندتر می شود. بنابراین، تغییر مواد داخلی باتری در دمای پایین شدیدتر و پیچیده تر است و تولید گازها و مواد جامد در داخل مواد باتری آسان تر است. در عین حال، دمای پایین منجر به یک سری واکنش های مخرب مانند شکستن پیوند شیمیایی غیرقابل برگشت در سطح مشترک بین ماده کاتد و الکترولیت می شود. همچنین منجر به کاهش خودآرایی الکترولیت و عمر چرخه می شود. قابلیت انتقال بار یون لیتیوم به الکترولیت کاهش می یابد. فرآیند شارژ و دشارژ باعث ایجاد یک سری واکنش های زنجیره ای مانند پدیده پلاریزاسیون در طول انتقال شارژ یون لیتیوم، کاهش ظرفیت باتری و آزاد شدن استرس داخلی می شود که بر عمر چرخه و چگالی انرژی باتری های یون لیتیوم و سایر عملکردها تأثیر می گذارد. هرچه دما در دمای پایین کمتر باشد، واکنش‌های مخرب مختلف مانند واکنش ردوکس در سطح باتری، انتشار حرارتی، تغییر فاز در داخل سلول و حتی تخریب کامل، به نوبه خود باعث ایجاد یک سری واکنش‌های زنجیره‌ای مانند الکترولیت می‌شود. خود مونتاژی، هرچه سرعت واکنش کندتر باشد، کاهش ظرفیت باتری جدی تر است و توانایی انتقال شارژ یون لیتیوم در دمای بالا ضعیف تر است.