El rendimiento a baja temperatura de las baterías de litio continúa avanzando y no le teme al clima frío.

Guía: La capacidad de las baterías de litio debe tener un descuento debido al frío, parecen entrar en hibernación, causando molestias a los usuarios de vehículos de nueva energía y productos digitales. El tema de interés en este artículo de hoy es el impacto de la baja temperatura en las baterías de litio y el progreso de la investigación y el desarrollo en la industria.

¿Las baterías de litio tienen más miedo a las bajas temperaturas?

En una prueba de la Asociación Estadounidense de Automóviles, un automóvil eléctrico tendrá un rango de crucero de 105 millas (aproximadamente 169 kilómetros) a 75 grados Fahrenheit (aproximadamente 24 grados Celsius), y descenderá cuando esté a 20 grados Fahrenheit (aproximadamente 7 grados Celsius) a 43 millas (unos 69 kilómetros): una caída de hasta el 60%. La batería tiene algunas similitudes con las personas. Después de que el clima se vuelve frío, no es tan activo. Las baterías de plomo, las baterías de litio y las pilas de combustible se ven afectadas por las bajas temperaturas, pero solo en diversos grados.

Tomemos como ejemplo la batería de fosfato de hierro y litio, que es la más utilizada en los autobuses eléctricos. La batería tiene una alta seguridad y una larga vida útil, pero el rendimiento a baja temperatura es ligeramente peor que el de otros sistemas técnicos. La baja temperatura afecta tanto a los electrodos positivos como negativos del fosfato de hierro y litio, el electrolito y el aglutinante. Por ejemplo, el propio electrodo positivo de fosfato de hierro y litio tiene una conductividad electrónica relativamente pobre y es propenso a la polarización en un entorno de baja temperatura, lo que reduce la capacidad de la batería; debido a la baja temperatura, la tasa de inserción de litio y grafito se reduce, y es fácil precipitar litio metálico en la superficie del electrodo negativo, y si el tiempo de carga es insuficiente Cuando se pone en uso, el litio metálico no se puede incrustar por completo en el grafito, y algo de litio metálico sigue existiendo en la superficie del electrodo negativo, que es probable que forme dendritas de litio, lo que afecta la seguridad de la batería. A bajas temperaturas, la viscosidad del electrolito aumenta y también sigue la resistencia a la migración de iones de litio. Además, en el proceso de producción de fosfato de hierro y litio, el adhesivo también es un factor muy crítico, y la baja temperatura también tiene una gran influencia en el rendimiento del adhesivo.

Lo mismo es una batería de litio. La batería de titanato de litio es superior en resistencia a bajas temperaturas. El material del electrodo negativo de titanato de litio de la estructura de la espinela tiene un potencial de inserción de litio de aproximadamente 1,5 V y no forma dendritas de litio, y la deformación volumétrica es inferior al 1% durante la carga y descarga. La batería de titanato de litio de tamaño nanométrico se puede cargar y descargar a una corriente alta y logra una carga rápida a baja temperatura al tiempo que garantiza la durabilidad y seguridad de la batería. Por ejemplo, Yinlong New Energy, que se especializa en baterías de titanato de litio, tiene una capacidad normal de carga y descarga de -50-60 ° C.

Aunque las baterías de iones de litio con grafito como electrodo negativo se pueden descargar a -40 ° C, es difícil lograr una carga de corriente convencional a -20 ° C y menos, que es un área que la industria está explorando activamente.

La exploración de la industria de baterías de litio resistentes a bajas temperaturas

Las empresas de la industria y los institutos de investigación han explorado y abordado el rendimiento de las baterías a baja temperatura, centrándose en la mejora de los materiales positivos y negativos existentes y creando las condiciones para que la batería funcione a bajas temperaturas aumentando la temperatura ambiente local de la batería.

El material actual de la batería afectará las características de baja temperatura de la batería en términos de nanometrización, tamaño de partícula, resistencia eléctrica y longitud axial del plano AB. Waterma prepara material de fosfato de hierro y litio a través de tres procesos, y lo nanometriza y recubre mediante diferentes procesos. Los resultados muestran que el aumento de la longitud del plano AB hace que el canal de migración de iones de litio sea más grande, lo que es beneficioso para aumentar el aumento de la batería. Actuación; de los materiales producidos por los tres procesos, el grafito granular con un gran espaciado entre capas tiene una pequeña impedancia en masa y una resistencia a la migración de iones; en términos de electrolitos, Watmar utiliza aditivos de baja temperatura basados en sistemas de disolventes fijos y sales de litio. La capacidad de descarga aumentó del 85% al 90%. Se entiende que ya a finales de 2016, Waterma ha logrado un entorno de -20, -30, -40 ° C, 0.5C cargando una relación de corriente constante de 62.9% de descarga a -20 ° C 94%. En la actualidad, la batería de baja temperatura de Waterma se ha promocionado ampliamente en Mongolia Interior, las tres provincias del noreste y otras regiones.

El 31 de agosto, un equipo de investigación como el Instituto de Tecnología de Beijing anunció el desarrollo exitoso de un producto de batería para clima completo. El técnico utiliza el principio de calentamiento eléctrico del cable para instalar una lámina de níquel en el núcleo de la batería, y la lámina de níquel se energiza para generar calor, de modo que la temperatura interna de la batería aumenta. Después de alcanzar una cierta temperatura, la lámina se desconectará automáticamente para garantizar la seguridad de la batería. Se entiende que en el entorno experimental de -30 ° C, la batería que utiliza esta tecnología puede calentarse rápidamente hasta 0 ° C en 30 segundos, la potencia de descarga aumenta en más de 6 veces y la potencia de carga aumenta en más de 10 veces. El personal relevante del equipo dijo que la tecnología no cambia la estructura original de la batería y que el costo de transformación es extremadamente bajo, adecuado para varios tipos de baterías, como baterías de plomo-ácido y baterías de litio. Según Battery China.com, el vehículo eléctrico de clima completo que adoptará esta tecnología se lanzará a fines de diciembre de 2017. Se espera que el desarrollo de 11 modelos de cuatro modelos se complete en 2020 y comience la operación de demostración.

Según informes de los medios, en el Concurso de Innovación y Emprendimiento de Xinjiang "Creator China" el 20 de septiembre, la "batería de litio para todo clima" dirigida por el Dr. Wang Lei del Instituto de Física y Química de Xinjiang de la Academia de Ciencias de China ganó el premio primer premio del Maker Group. La batería de litio puede funcionar de manera estable en un entorno de -40 ° C ~ 60 ° C.En la actualidad, el equipo ha completado las pruebas del producto en varias condiciones de alta y baja temperatura y entrará en la etapa de producción de productos comerciales.

El 19 de septiembre de 2017, se lanzaron oficialmente en Baotou, Mongolia Interior, 70 autobuses híbridos gas-eléctricos de 12 metros equipados con baterías de litio micro-macro MpCO. La temperatura más baja en la región está por debajo de -30 ° C, la temperatura más alta puede alcanzar los 39 ° C, y Baotou utiliza un sistema de batería de carga rápida micro-macro, que considera la excelente adaptabilidad ambiental de la batería de carga rápida micro-macro.

Shandong Weineng es una empresa de alta tecnología especializada en I + D y producción de baterías militares de fosfato de hierro y litio de baja temperatura. Ha logrado un gran avance en el rendimiento a baja temperatura de la batería de fosfato de hierro y litio desarrollada y producida en cooperación con el Instituto de Química de la Academia de Ciencias de China. Puede liberar la capacidad nominal a una temperatura baja de -40 ° C más del 90%.

Además, la batería de energía de Penghui Energy se puede utilizar en un entorno de -20 ~ 60 ° C, no se requiere sistema de calefacción ni refrigeración. La nueva resistencia ternaria de energía de Thornton se ha mejorado en gran medida, la batería se puede descargar normalmente en el entorno de -20 ° C y puede satisfacer las necesidades de muchas empresas de vehículos.

¿Por qué la carga requiere más temperatura que la descarga?

Los lectores cuidadosos pueden encontrar que los productos de batería de muchas empresas pueden lograr una descarga normal a bajas temperaturas, pero a la misma temperatura, es más difícil lograr una carga normal, o incluso no poder cargar, ¿por qué?

Según expertos de la industria, cuando Li + está incrustado en material de grafito, primero debe desolvarse. Este proceso consume una cierta cantidad de energía, lo que dificulta la difusión de Li + en el grafito. Por el contrario, Li + tendrá una solvatación cuando salga del material de grafito y entre en la solución. Proceso, mientras que la solvatación no consume energía, Li + puede extraer grafito rápidamente. Por lo tanto, la aceptación de carga del material de grafito es significativamente inferior a la capacidad de aceptación de descarga.

La carga de la batería tiene cierto riesgo en entornos de baja temperatura. Debido a que la cinética del ánodo de grafito se deteriora con la disminución de la temperatura, la polarización electroquímica del ánodo obviamente se intensifica durante el proceso de carga, y el metal litio precipitado forma fácilmente dendritas de litio, que rompen el separador y provocan un cortocircuito entre los positivos. y electrodos negativos. .

Por lo tanto, la gente de la industria sugiere que las baterías de iones de litio deben evitarse a bajas temperaturas. Cuando la batería debe cargarse a baja temperatura, es necesario seleccionar una pequeña corriente (es decir, carga lenta) para cargar la batería de iones de litio y cargar completamente la batería de iones de litio después de la carga, asegurando así que el metal de litio precipite por el electrodo negativo puede reaccionar con el grafito. , reincorporado en el interior del electrodo negativo de grafito.

Por supuesto, la batería de titanato de litio tiene la ventaja material. Todavía puede lograr una carga rápida a baja temperatura, este tipo de batería caprichosa y de otro material es difícil de aprender.

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