Cómo mejorar el rendimiento a baja temperatura del electrolito de la batería de iones de litio

Las baterías de iones de litio como la batería de almacenamiento de energía química más exitosa de hoy en día, una de sus huellas en los productos de electrónica de consumo, no solo abren más su suelo a los automóviles eléctricos.Pero el rendimiento tan sobresaliente de la batería de iones de litio es muy sensible a la temperatura, baja temperatura para causar una disminución en el rendimiento de la batería de iones de litio e incluso conducir a que la batería de iones de litio no se pueda usar, la carga a baja temperatura más conducirá a la producción de dendrita de litio, con el fin de mejorar el rendimiento a baja temperatura de las baterías de iones de litio, propusieron los investigadores una variedad de medidas, como la Universidad de Tecnología MartaKasprzyk de Varsovia, la gente presentó la tecnología del electrolito amorfo, el uso de la temperatura del electrolito para expandirse a - 60 ℃, el profesor de la Universidad de Shanghai Xia Yong yao, el acetato de etilo, electrolito, será reduzca aún más el material especial de la temperatura de la batería a 75 ℃, por supuesto, no toda la investigación se centrará en el electrolito, la universidad de Pensilvania Guangsheng Zhang y otros diseñarán una pieza de batería de calefacción de Ni incorporada, la batería de hasta 40 ℃ para recuperarse a la temperatura normal solo necesita 112 s, mejora en gran medida la conveniencia de las baterías de iones de litio utilizadas en baja temperatura .

La mejora del rendimiento de la batería de iones de litio es la clave para el aumento del rendimiento del electrolito a baja temperatura a baja temperatura, la viscosidad del electrolito de la batería de iones de litio comercial regular aumentará rápidamente a baja temperatura, la conductividad eléctrica se redujo drásticamente, utilizamos un electrolito de batería de iones de litio comercial común LB303 como un Por ejemplo, su conductividad iónica a temperatura normal de 10 mS / cm, pero a 40 ℃, su conductividad se reduce drásticamente a 0.02 mS / cm, impacto grave en el rendimiento de descarga a baja temperatura de la batería de iones de litio, por lo tanto, mejora el rendimiento de baja temperatura de Las baterías de iones de litio son la clave para mejorar el rendimiento del electrolito a baja temperatura.


Sobre cómo mejorar el rendimiento a baja temperatura del electrolito de la batería de iones de litio, los Estados Unidos, de la Universidad de Wisconsin, Milwaukee JanakKafle no creen que necesitemos agregar aditivos especiales en el electrolito, solo ajustando la proporción de solvente de electrolito, puede significativamente mejorar el rendimiento del electrolito a baja temperatura. El estudio de JanakKafle del tipo de disolvente de carbonato cíclico puede reducir el rendimiento del electrolito a baja temperatura, y el disolvente de cadena lineal puede mejorar el rendimiento del electrolito a baja temperatura.

A continuación se muestra algo común para todos de la estructura molecular del solvente de la batería de iones de litio y algunos de los índices físicos y químicos básicos, podemos ver en la imagen de los solventes comunes EC para anillos, EC puede ayudar en forma negativa a una mejor estabilidad de la película SEI, por lo que esperamos agregar más EC en el electrolito, pero el punto de fusión alto EC (38 ℃) y las características de alta viscosidad conducen a una unión excesiva La conductividad del electrolito EC a baja temperatura es baja, la influencia en el rendimiento del electrolito a baja temperatura.Cadena recta de disolventes, como DMC, EMC tiene una viscosidad relativamente baja y buena estabilidad electroquímica, por lo que para mejorar el rendimiento a baja temperatura del electrolito de la batería de iones de litio, generalmente utilizamos una variedad de mezclas de disolventes para mejorar el rendimiento a baja temperatura del electrolito, como el de los Estados Unidos en el laboratorio de propulsión a chorro MCS mart al optimizar la mezcla de solvente de electrolito, como el poder espacial proveedor SAFT batería de tamaño DD (9 ah) que utiliza un rango de temperatura ampliado a 50-40 ℃ (a 40 ℃, C / 10 que la energía todavía puede alcanzar los 95 wh / kg), para que pueda satisfacer las necesidades de las misiones a Marte.


Para estudiar la diferente proporción del efecto del disolvente sobre las propiedades de la temperatura del electrolito, en la Universidad de Wisconsin, Milwaukee JanakKafle diseñó una variedad de formulaciones de electrolito (que se muestra en la tabla siguiente, la batería de prueba para NCM111 (0,93 mAh / cm2) ) celda de botón de ánodo positivo / grafito, el sistema de prueba es de 25 ℃, 1 c, 2 h a baja temperatura, para lograr el equilibrio térmico después de 5 c de descarga de la batería), desde el punto de los resultados de la prueba, la baja temperatura de la capacidad de descarga de la batería depende en la relación de solvente del electrolito, cuando más del 40% del solvente anular, el electrolito a baja temperatura, la capacidad de descarga se reduce significativamente.


La figura a continuación muestra la capacidad de descarga de la batería de electrolito de relación de adición de CE diferente a baja temperatura, podemos observar muy claramente en la imagen, la capacidad de descarga de la batería a baja temperatura aumentó con el aumento de la relación de adición de CE de solvente anular disminuyó significativamente.


La siguiente figura muestra las diferentes proporciones de la influencia del solvente de cadena corta para la capacidad de descarga de la batería a baja temperatura (debido a que la CE para agregar una proporción muy pequeña en todo el experimento, es solo del 20-30%, por lo que la CE para el El rendimiento a baja temperatura de la batería se ve afectado, por lo que la investigación y) juntos, podemos notar en la imagen con el aumento del solvente de cadena corta, la baja temperatura de la capacidad de descarga de la batería pareció una mejora significativa. Debido a que el punto de fusión de DMC y EC a 3 ℃ y 38 ℃ respectivamente, no va a reducir significativamente el punto de fusión del electrolito, esto sugiere que debe haber otros factores que afecten las propiedades de baja temperatura del electrolito.


Para analizar los factores clave que influyen en el rendimiento de la temperatura del electrolito, debemos volver a la primera forma de este artículo, notamos que el electrolito 11 # solo puede liberar menos de - 20 ℃ del electrolito # 12 a aproximadamente el 80% de su capacidad, y la única diferencia entre estos dos tipos de electrolito con electrolito aumentó en un 2% en el aditivo 12 # VC, mientras que el 2% del aditivo VC no cambia significativamente la conductividad del electrolito, y lo más importante es que parte del VC en el Se produce el proceso de descomposición de la batería en reducción, por lo que podemos inferir que el plomo al electrolito 12 # tiene un mejor rendimiento a baja temperatura de los factores clave se forman una mejor película SEI.

En la siguiente tabla se compara en el electrolito, 9, 10 y 12 de la formación de la película SEI la proporción de elemento C, O, F y P, de la tabla podemos notar la diferencia de SEI, la mayor diferencia en F elemento en el electrolito de 9 # en la formación de la película SEI en aproximadamente el 70%, el contenido del elemento F en el electrolito 10 # y 12 # El contenido del elemento F de la formación de la película SEI es solo del 10% y 16%, y sabemos que más LiF significa una impedancia de difusión de Li + más pequeña, lo que significa un mejor rendimiento de descarga.


Es fácil de encontrar del análisis anterior, el foco del conflicto tiene de la conductividad del electrolito a baja temperatura, movido al cátodo de la película SEI.SEI es cuando en la batería de iones de litio, composición de la descomposición del electrolito de la estructura porosa en el superficie del cátodo La porosidad y la densidad de SEI tienen un efecto significativo en el rendimiento de la batería, la alta porosidad puede detener la reacción adicional del electrolito en la superficie del cátodo, mientras que la densidad es demasiado alta para la difusión de Li + en obstáculos importantes. diferente forma de película SEI en diferentes electrolitos 25 ℃ y 20 ℃ bajo la impedancia de los resultados del ajuste, de la tabla notamos que la temperatura cae resistencia óhmica Rs cambio es relativamente pequeño, y Li + en la resistencia de difusión de película SEI R y carga Impedancia de intercambio Rcte hubo un cambio muy grande, esto sugiere que cuanto menor sea la conductividad del ion electrolito no es la causa principal del rendimiento a baja temperatura. tery, realmente condujo a la disminución del rendimiento de la batería a baja temperatura de los factores clave es el aumento de la difusión interfacial y la impedancia de intercambio de carga.



No es difícil ver a través del análisis anterior, la conductividad a baja temperatura del electrolito para baterías de iones de litio, la influencia del rendimiento a baja temperatura no fue tan grande, y el cátodo de la composición y estructura de la película SEI para el rendimiento a baja temperatura. de la batería son mucho más importantes, la influencia de una buena película SEI debe contener más LiF, reduciendo así la impedancia de difusión de Li + en la película SEI.En general, más disolvente de cadena, como EMC y DMC, menos disolventes de anillo, como EC puede mejorar eficazmente el rendimiento a baja temperatura de las baterías de iones de litio, pero para formar una película SEI más estable, todavía necesitamos agregar una pequeña cantidad de EC y PC.

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