겨울에 리튬 배터리 용량이 낮아지는 이유, 마침내 누군가가 설명 할 수 있습니다!
리튬{0}}이온 배터리가 시장에 출시된 이후로 수명이 길고 비용량이 크며 메모리 효과가 없다는 장점으로 인해 널리 사용되었습니다. 리튬 이온 배터리의 저온 사용은{1}}낮은 용량, 심각한 감쇠, 열악한 사이클 속도 성능, 명백한 리튬 증착 및 불균형 리튬 추출과 같은 문제가 있습니다. 그러나 응용 분야가 지속적으로 확장됨에 따라 리튬이온 배터리의-저온 성능 저하로 인한 제약이 점점 더 분명해지고 있습니다.{3}}
보고서에 따르면 -20도에서 리튬이온 배터리의 방전 용량은 실온에서 방전 용량의 약 31.5%에 불과합니다. 기존 리튬{8}}이온 배터리의 작동 온도는 -20도에서 +55도 사이입니다. 그러나 항공우주, 군수산업, 전기자동차 등의 분야에서는 배터리가 -40도에서 정상적으로 작동해야 합니다. 따라서 리튬 이온 배터리의 저온 특성을 개선하는 것은 매우 중요합니다.
리튬이온 배터리의 저온 성능을 제한하는 요소{0}
저온 환경에서는 전해질의 점도가 증가하고 심지어 부분적으로 응고되어 리튬이온 배터리의 전도도가 감소합니다.{0}} 저온 환경에서는 전해질과 음극과 세퍼레이터의 상용성이 나빠진다. 리튬 이온 배터리의 음극은 저온 환경에서 심각한 리튬 석출이 발생하고 석출된 금속 리튬은 전해질과 반응하여 제품 석출로 인해 고체의 두께가 증가합니다.{2}} 전해질 인터페이스(SEI). 저온 환경에서는 활물질 내 Li{3}}이온 배터리의 확산 시스템이 감소하고 전하 이동 저항(Rct)이 크게 증가합니다.
리튬이온 배터리의 저온 성능에 영향을 미치는 요인에 대한{0}}토론
전문가 의견 1: 전해질은{1}리튬 이온 배터리의 저온 성능에 가장 큰 영향을 미치며{2}} 전해질의 구성 및 물리화학적 특성은 저온 성능에 중요한 영향을 미칩니다.{{3} } 배터리의 온도 성능. 저온에서 배터리가 직면하는 문제는 전해질의 점도가 증가하고 이온 전도 속도가 느려져 외부 회로의 전자 이동 속도가 일치하지 않아 배터리가 심하게 분극화된다는 것입니다. 충전 및 방전 용량이 급격히 감소합니다. 특히 낮은 온도에서 충전할 경우 리튬 이온이 음극 표면에 쉽게 리튬 덴드라이트를 형성하여 전지 고장의 원인이 됩니다.
전해질의 저온 성능은 전해질 자체의 전도도 크기와 밀접한 관련이 있습니다. 전도성이 높은 전해질은 이온을 빠르게 전달하고 저온에서 더 많은 용량을 발휘할 수 있습니다. 전해질에서 리튬염이 더 많이 해리될수록 마이그레이션 횟수가 많아지고 전도도가 높아집니다. 전기 전도도가 높을수록 이온 전도율이 빠를수록 분극이 적고 저온에서 배터리 성능이 좋아집니다. 따라서 더 높은 전기 전도도는 리튬 이온 배터리의 우수한{0}저온 성능을 달성하는 데 필요한 조건입니다.{1}}
전해질의 전도도는 전해질의 조성과 관련이 있으며, 용매의 점도를 낮추는 것은 전해질의 전도도를 향상시키는 방법 중 하나입니다. 저온에서 용매의 우수한 유동성은 이온 수송을 보장하며 저온에서 음극에서 전해질에 의해 형성된 고체 전해질 막은 또한 리튬 이온의 전도에 영향을 미치는 열쇠이며 RSEI는 주 임피던스입니다 저온 환경에서 리튬 이온 배터리의
전문가 2: 리튬이온 배터리의 저온 성능을 제한하는 주요 요인은{1}} SEI 필름이 아니라 저온에서 Li와 확산 저항이 급격히 증가했기 때문입니다.
리튬이온전지용 양극재의 저온특성
1. 적층 양극재의 저온 특성
이 층 구조는 1차원 리튬 이온 확산 채널과 비교할 수 없는{0}속도 성능을 가질 뿐만 아니라 3차원 채널의 구조적 안정성도{1}갖습니다. 리튬 이온 배터리를 위한 최초의 상업용 양극 재료입니다. 대표적인 물질은 LiCoO2, Li(Co1-xNix)O2, Li(Ni, Co, Mn)O2 등이다.
Xie Xiaohua et al. LiCoO2/MCMB를 연구 대상으로 하여 낮은{1}}온도 충전{2}}방전 특성을 테스트했습니다.
The results show that with the decrease of temperature, the discharge platform drops from 3.762V (0 degree ) to 3.207V (–30 degree ); the total battery capacity also decreases sharply from 78.98mA·h (0 degree ) to 68.55mA·h (–30 degree ).
2. 스피넬 구조의-음극 재료의{1}}저온 특성
스피넬 구조의 LiMn2O4 양극재는 Co 원소를 포함하지 않기 때문에 비용이 저렴하고{2}}독성이 없는 장점이 있습니다.
그러나 Mn의 원자가 변동성과 Mn3 plus의 Jahn{0}}텔러 효과는 이 구성요소의 구조적 불안정성과 열악한 가역성을 초래합니다.
Peng Zhengshun et al. 다양한 준비 방법이 LiMn2O4 음극 재료의 전기 화학적 성능에 큰 영향을 미친다고 지적했습니다. Rct를 예로 들면: 고온 고상법으로 합성된 LiMn2O4의 Rct{4}}는 졸{5}}겔법보다 훨씬 높으며 이러한 현상은 리튬 이온법에서 발생합니다. 확산 계수도 반영됩니다. 그 이유는 다른 합성 방법이 제품의 결정도와 형태에 큰 영향을 미치기 때문입니다.
3. 인산염계 양극재의 저온특성
우수한 부피 안정성과 안전성으로 인해 LiFePO4는 삼원 물질과 함께 현재 전력 배터리 양극 물질의 본체가 되었습니다. 리튬 철 인산염의 열악한 저온 성능은 주로 재료 자체가 절연체라는 사실에 기인하며, 전자 전도성이 낮고 리튬 이온 확산성이 낮고 저온에서 전도도가 낮아 배터리의 내부 저항이 증가합니다. 극성의 영향을 크게 받아 배터리의 충방전을 방해합니다. 따라서 저온 성능은 이상적이지 않습니다.
When studying the charge{{0}}discharge behavior of LiFePO4 at low temperature, Gu Yijie et al. found that its coulombic efficiency dropped from 100 percent at 55 degree to 96 percent at 0 degree and 64 percent at -20 degree , respectively; the discharge voltage decreased from 3.11V at 55 degree . Decrease to 2.62V at –20 degree .
Xing et al. modified LiFePO4 with nano-carbon and found that after adding nano-carbon conductive agent, the electrochemical performance of LiFePO4 was less sensitive to temperature, and the low-temperature performance was improved; the discharge voltage of modified LiFePO4 increased from 3.40 at 25 degree V drops to 3.09V at –25 degree , a decrease of only 9.12 percent ; and its cell efficiency at –25 degree is 57.3 percent , which is higher than 53.4 percent without nano-carbon conductive agent.
최근 LiMnPO4가 많은 관심을 받고 있다. 연구에 따르면 LiMnPO4는 높은 전위(4.1V), 무공해, 저렴한 가격 및 대용량(170mAh/g)의 장점이 있습니다. 그러나 LiFePO4보다 LiMnPO4의 이온 전도도가 낮기 때문에 실제로 Fe는 Mn을 부분적으로 대체하여 LiMn0.8Fe0.2PO4 고용체를 형성하는 데 자주 사용됩니다.
리튬이온전지 음극재의 저온특성
양극재와 비교할 때 리튬 이온 배터리 음극재의 저온 열화는 주로 다음 세 가지 이유로 심각합니다.
When the battery is charged and discharged at a high rate at low temperature, the polarization of the battery is serious, and a large amount of metal lithium is deposited on the surface of the negative electrode, and the reaction product of metal lithium and the electrolyte generally does not have conductivity; From the perspective of thermodynamics, the electrolyte contains a large amount of C–O, C– N etc.
The polar group can react with the negative electrode material, and the formed SEI film is more susceptible to low temperature; · The carbon negative electrode is difficult to intercalate lithium at low temperature, and there is asymmetric charge and discharge.
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저온전해액 연구
전해질은 리튬 이온 배터리에서 Li 플러스를 운반하는 역할을 하며{0}, 이온 전도도 및 SEI 필름 형성 특성은{2}배터리의 저온 성능에 상당한 영향을 미칩니다. . 저온 전해질의 장단점을 판단하는 데에는 이온 전도도, 전기화학적 창 및 전극 반응성의 세 가지 주요 지표가 있습니다.{3}} 이 세 가지 지표의 수준은 구성 물질인 용매, 전해질(리튬염) 및 첨가제에 크게 좌우됩니다. 따라서 전해질의 각 부분의 저온 성능에 대한 연구는 전지의 저온 성능을 이해하고 향상시키는데 큰 의미가 있다.
·Low-temperature characteristics of EC-based electrolytes Compared with chain carbonates, cyclic carbonates have a tighter structure, larger acting force, and higher melting point and viscosity. However, the large polarity brought by the ring structure makes it often have a large dielectric constant. The large dielectric constant, high ionic conductivity, and excellent film-forming properties of EC solvent effectively prevent the co-insertion of solvent molecules, making it indispensable. Therefore, most of the commonly used low-temperature electrolyte systems are based on EC, and then mixed Small molecule solvent with low melting point. ·Lithium salt is an important component of electrolyte. Lithium salt in the electrolyte can not only improve the ionic conductivity of the solution, but also reduce the diffusion distance of Li plus in the solution. In general, the greater the concentration of Li plus in the solution, the greater the ionic conductivity. However, the concentration of lithium ions in the electrolyte is not linearly related to the concentration of lithium salts, but is parabolic. This is because the concentration of lithium ions in the solvent depends on the strength of the dissociation and association of lithium salts in the solvent.
저온전해액 연구
배터리 자체의 구성 외에도 실제 작동하는 프로세스 요인도 배터리 성능에 큰 영향을 미칩니다.
(1) 준비 과정. Yaqub et al. LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 /Graphite 배터리의 저온 성능에 대한 전극 부하 및 코팅 두께의 영향을 연구한 결과 용량 유지 측면에서, 전극 부하가 작고 코팅층이 얇을수록 저온 성능이 향상됩니다. .
(2) 충전 및 방전 상태. Petzl et al. 낮은{1}}온도 충전-방전 상태가 배터리 사이클 수명에 미치는 영향을 연구한 결과, 방전 깊이가 크면 더 큰 용량 손실이 발생하고 사이클 수명이 단축된다는 사실을 발견했습니다.
(3) 기타 요인. 표면적, 기공 크기, 전극 밀도, 전극과 전해질의 습윤성, 분리막 등은 모두 리튬 이온 배터리의{1}}저온 성능에 영향을 미칩니다.{2}} 또한 배터리의 저온 성능에 대한 재료 및 공정 결함의 영향을 무시할 수 없습니다.
요약하다
리튬 이온 배터리의 저온 성능을 보장하려면{0}}다음 사항을 수행해야 합니다.
(1) 얇고 조밀한 SEI 막을 형성한다;
(2) Li plus가 활물질에서 큰 확산 계수를 갖는지 확인하십시오.
(3) 전해질은 저온에서 높은 이온 전도도를 갖는다.
또한 이 연구는 다른 유형의 리튬{0}}이온 배터리-전{2}}고체-리튬{4}}이온 배터리를 살펴보는 다른 방법도 찾을 수 있습니다. . 기존의 리튬{5}}이온 배터리와 비교할 때 모든{6}}고체-리튬{8}}이온 배터리, 특히 모든{9}}고체{10}}얇은 상태{9} {11}}필름 리튬{12}}이온 배터리는 배터리를 저온에서 사용할 때 용량 감소 및 사이클 안전성 문제를 완전히 해결할 것으로 기대됩니다.
