Dans un environnement à basse température, les performances de la batterie lithium-ion ne sont pas idéales.Lorsque les batteries lithium-ion couramment utilisées fonctionnent à -10 °C, leur capacité maximale de charge et de décharge ainsi que leur tension aux bornes seront considérablement réduites par rapport à la température normale [6], lorsque la température de décharge descend à -20 °C, la capacité disponible sera même être réduit à 1/3 à température ambiante de 25 ° C, lorsque la température de décharge est inférieure, certaines batteries au lithium ne peuvent même pas charger et décharger leurs activités, entrant dans un état de « batterie morte ».
1, Les caractéristiques des batteries lithium-ion à basses températures
(1) Macroscopique
Les changements caractéristiques de la batterie lithium-ion à basse température sont les suivants : avec la diminution continue de la température, la résistance ohmique et la résistance de polarisation augmentent à différents degrés ;La tension de décharge de la batterie lithium-ion est inférieure à celle de la température normale.Lors de la charge et de la décharge à basse température, sa tension de fonctionnement augmente ou diminue plus rapidement qu'à température normale, ce qui entraîne une diminution significative de sa capacité et de sa puissance maximales utilisables.
(2) Au microscope
Les changements de performances des batteries lithium-ion à basses températures sont principalement dus à l’influence des facteurs importants suivants.Lorsque la température ambiante est inférieure à -20℃, l'électrolyte liquide se solidifie, sa viscosité augmente fortement et sa conductivité ionique diminue.La diffusion des ions lithium dans les matériaux des électrodes positives et négatives est lente ;Le lithium-ion est difficile à désolvater, sa transmission dans le film SEI est lente et l'impédance de transfert de charge augmente.Le problème des dendrites de lithium est particulièrement important à basse température.
2, pour résoudre les performances à basse température des batteries lithium-ion
Concevoir un nouveau système de liquide électrolytique pour répondre à l'environnement à basse température ;Améliorer la structure des électrodes positives et négatives pour accélérer la vitesse de transmission et raccourcir la distance de transmission ;Contrôlez l'interface d'électrolyte solide positive et négative pour réduire l'impédance.
(1) additifs électrolytiques
En général, l'utilisation d'additifs fonctionnels constitue l'un des moyens les plus efficaces et les plus économiques d'améliorer les performances à basse température de la batterie et de contribuer à la formation du film SEI idéal.À l'heure actuelle, les principaux types d'additifs sont les additifs à base d'isocyanate, les additifs à base de soufre, les additifs liquides ioniques et les additifs inorganiques à base de sel de lithium.
Par exemple, les additifs à base de soufre du sulfite de diméthyle (DMS), avec une activité réductrice appropriée, et parce que ses produits de réduction et sa liaison aux ions lithium sont plus faibles que le sulfate de vinyle (DTD), la réduction de l'utilisation d'additifs organiques augmentera l'impédance de l'interface, pour construire un conductivité ionique plus stable et meilleure du film d'interface d'électrode négative.Les esters sulfites représentés par le sulfite de diméthyle (DMS) ont une constante diélectrique élevée et une large plage de températures de fonctionnement.
(2) Le solvant de l'électrolyte
L'électrolyte traditionnel d'une batterie lithium-ion consiste à dissoudre 1 mole d'hexafluorophosphate de lithium (LiPF6) dans un solvant mixte, tel que EC, PC, VC, DMC, carbonate de méthyléthyle (EMC) ou carbonate de diéthyle (DEC), où la composition de le solvant, le point de fusion, la constante diélectrique, la viscosité et la compatibilité avec le sel de lithium affecteront sérieusement la température de fonctionnement de la batterie.À l'heure actuelle, l'électrolyte commercial est facile à solidifier lorsqu'il est appliqué à un environnement à basse température de -20 ℃ et moins, la faible constante diélectrique rend le sel de lithium difficile à dissocier et la viscosité est trop élevée pour rendre la résistance interne de la batterie faible. plateforme de tension.Les batteries lithium-ion peuvent avoir de meilleures performances à basse température en optimisant le rapport solvant existant, par exemple en optimisant la formulation de l'électrolyte (EC:PC:EMC=1:2:7) afin que l'électrode négative TiO2(B)/graphène ait A capacité de ~ 240 mA h g-1 à -20 ℃ et densité de courant 0,1 A g-1.Ou développez de nouveaux solvants électrolytiques à basse température.Les mauvaises performances des batteries lithium-ion à basses températures sont principalement liées à la lente désolvatation du Li+ lors du processus d’incorporation du Li+ dans le matériau de l’électrode.Des substances à faible énergie de liaison entre Li+ et les molécules de solvant, telles que le 1, 3-dioxopentylène (DIOX), peuvent être sélectionnées, et du titanate de lithium à l'échelle nanométrique est utilisé comme matériau d'électrode pour assembler le test de batterie afin de compenser le coefficient de diffusion réduit du matériau d'électrode à des températures ultra-basses, afin d'obtenir de meilleures performances à basse température.
(3) sel de lithium
À l'heure actuelle, l'ion commercial LiPF6 a une conductivité élevée, des exigences élevées en matière d'humidité dans l'environnement, une mauvaise stabilité thermique et les mauvais gaz tels que le HF dans la réaction de l'eau sont faciles à provoquer des risques pour la sécurité.Le film d'électrolyte solide produit par le borate de difluoroxalate de lithium (LiODFB) est suffisamment stable et présente de meilleures performances à basse température et des performances à débit plus élevé.En effet, le LiODFB présente les avantages du borate de dioxalate de lithium (LiBOB) et du LiBF4.
3. Résumé
Les performances à basse température des batteries lithium-ion seront affectées par de nombreux aspects tels que les matériaux des électrodes et les électrolytes.Une amélioration globale sous plusieurs angles, tels que les matériaux d'électrode et l'électrolyte, peut promouvoir l'application et le développement de batteries lithium-ion, et les perspectives d'application des batteries au lithium sont bonnes, mais la technologie doit être développée et perfectionnée dans le cadre de recherches ultérieures.
Heure de publication : 27 juillet 2023