सर्दियों में लिथियम बैटरी की क्षमता क्यों कम हो जाती है?

सर्दियों में लिथियम बैटरी की क्षमता क्यों कम हो जाती है?

बाजार में प्रवेश करने के बाद से, लिथियम-आयन बैटरियों का उनके लंबे जीवनकाल, बड़ी विशिष्ट क्षमता और कोई मेमोरी प्रभाव न होने जैसे फायदों के कारण व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। लिथियम-आयन बैटरियों के कम तापमान के उपयोग से कम क्षमता, गंभीर क्षीणन, खराब चक्र दर प्रदर्शन, स्पष्ट लिथियम विकास और असंतुलित लिथियम निष्कासन और सम्मिलन जैसी समस्याएं होती हैं। हालाँकि, अनुप्रयोग क्षेत्रों के निरंतर विस्तार के साथ, लिथियम-आयन बैटरियों के खराब निम्न-तापमान प्रदर्शन द्वारा लाई गई बाधाएँ तेजी से स्पष्ट होती जा रही हैं।

रिपोर्टों के अनुसार, -20 ℃ पर लिथियम-आयन बैटरियों की डिस्चार्ज क्षमता कमरे के तापमान की तुलना में केवल 31.5% है। पारंपरिक लिथियम-आयन बैटरियां -20~+55 ℃ के बीच तापमान पर काम करती हैं। हालाँकि, एयरोस्पेस, सैन्य और इलेक्ट्रिक वाहनों जैसे क्षेत्रों में, यह आवश्यक है कि बैटरी -40 ℃ पर सामान्य रूप से काम कर सके। इसलिए, लिथियम-आयन बैटरियों के निम्न-तापमान गुणों में सुधार करना बहुत महत्वपूर्ण है।

लिथियम-आयन बैटरियों के निम्न-तापमान प्रदर्शन को प्रतिबंधित करने वाले कारक

• कम तापमान वाले वातावरण में, इलेक्ट्रोलाइट की चिपचिपाहट बढ़ जाती है और आंशिक रूप से जम भी जाती है, जिससे लिथियम-आयन बैटरी की चालकता में कमी आती है।
• कम तापमान वाले वातावरण में इलेक्ट्रोलाइट, नकारात्मक इलेक्ट्रोड और विभाजक के बीच अनुकूलता बिगड़ जाती है।
• कम तापमान वाले वातावरण में लिथियम-आयन बैटरियों का नकारात्मक इलेक्ट्रोड गंभीर लिथियम वर्षा का अनुभव करता है, और अवक्षेपित धात्विक लिथियम इलेक्ट्रोलाइट के साथ प्रतिक्रिया करता है, जिसके परिणामस्वरूप इसके उत्पादों का जमाव होता है और ठोस इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस (एसईआई) की मोटाई में वृद्धि होती है।
• कम तापमान वाले वातावरण में, सक्रिय सामग्री के भीतर लिथियम-आयन बैटरी की प्रसार प्रणाली कम हो जाती है, और चार्ज ट्रांसफर प्रतिबाधा (आरसीटी) काफी बढ़ जाती है।

विशेषज्ञ की राय 1: इलेक्ट्रोलाइट का लिथियम-आयन बैटरियों के कम तापमान वाले प्रदर्शन पर सबसे अधिक प्रभाव पड़ता है, और इलेक्ट्रोलाइट की संरचना और भौतिक रासायनिक गुण बैटरियों के कम तापमान वाले प्रदर्शन पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालते हैं। बैटरियों की निम्न-तापमान चक्रण में समस्या यह है कि इलेक्ट्रोलाइट की चिपचिपाहट बढ़ जाती है, आयन चालन गति धीमी हो जाती है, और बाहरी सर्किट में इलेक्ट्रॉनों की प्रवासन गति मेल नहीं खाती है, जिसके परिणामस्वरूप बैटरी का गंभीर ध्रुवीकरण होता है और तीव्र चार्जिंग और डिस्चार्जिंग क्षमता में कमी। विशेष रूप से कम तापमान पर चार्ज करते समय, लिथियम आयन आसानी से नकारात्मक इलेक्ट्रोड सतह पर लिथियम डेंड्राइट बना सकते हैं, जिससे बैटरी खराब हो सकती है।

इलेक्ट्रोलाइट का निम्न-तापमान प्रदर्शन उसकी अपनी चालकता से निकटता से संबंधित है। उच्च चालकता वाले इलेक्ट्रोलाइट्स तेजी से आयनों का परिवहन करते हैं और कम तापमान पर अधिक क्षमता लगा सकते हैं। इलेक्ट्रोलाइट में जितना अधिक लिथियम लवण विघटित होता है, उतना अधिक प्रवासन होता है, और चालकता उतनी ही अधिक होती है। चालकता जितनी अधिक होगी और आयन चालन दर जितनी तेज होगी, ध्रुवीकरण उतना ही कम होगा और कम तापमान पर बैटरी का प्रदर्शन उतना ही बेहतर होगा। इसलिए, लिथियम-आयन बैटरियों के अच्छे निम्न-तापमान प्रदर्शन को प्राप्त करने के लिए उच्च चालकता एक आवश्यक शर्त है।

इलेक्ट्रोलाइट की चालकता उसकी संरचना से संबंधित होती है, और विलायक की चिपचिपाहट को कम करना इलेक्ट्रोलाइट की चालकता में सुधार करने के तरीकों में से एक है। कम तापमान पर सॉल्वैंट्स की अच्छी तरलता आयन परिवहन की गारंटी है, और कम तापमान पर नकारात्मक इलेक्ट्रोड पर इलेक्ट्रोलाइट द्वारा बनाई गई ठोस इलेक्ट्रोलाइट फिल्म भी लिथियम आयन चालन को प्रभावित करने वाला एक महत्वपूर्ण कारक है, और आरएसईआई लिथियम का मुख्य प्रतिबाधा है- कम तापमान वाले वातावरण में आयन बैटरियां।

विशेषज्ञ 2: लिथियम-आयन बैटरियों के निम्न-तापमान प्रदर्शन को सीमित करने वाला मुख्य कारक एसईआई झिल्ली के बजाय कम तापमान पर तेजी से बढ़ती ली+प्रसार प्रतिबाधा है।

लिथियम-आयन बैटरी के लिए सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री की कम तापमान विशेषताएँ

1. स्तरित सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री की कम तापमान विशेषताएँ

एक-आयामी लिथियम-आयन प्रसार चैनलों और त्रि-आयामी चैनलों की संरचनात्मक स्थिरता की तुलना में अद्वितीय दर प्रदर्शन के साथ स्तरित संरचना, लिथियम-आयन बैटरी के लिए व्यावसायिक रूप से सबसे पहले उपलब्ध सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री है। इसके प्रतिनिधि पदार्थों में LiCoO2, Li (Co1 xNix) O2, और Li (Ni, Co, Mn) O2 शामिल हैं।

ज़ी ज़ियाओहुआ एट अल। LiCoO2/MCMB का अध्ययन किया और इसकी कम तापमान वाली चार्जिंग और डिस्चार्जिंग विशेषताओं का परीक्षण किया।

परिणामों से पता चला कि जैसे-जैसे तापमान कम हुआ, डिस्चार्ज पठार 3.762V (0 ℃) से घटकर 3.207V (-30 ℃) हो गया; कुल बैटरी क्षमता भी 78.98mA · h (0 ℃) से घटकर 68.55mA · h (-30 ℃) हो गई है।

2. स्पिनल संरचित कैथोड सामग्री की कम तापमान विशेषताएँ

स्पिनल संरचित LiMn2O4 कैथोड सामग्री में सह तत्व की अनुपस्थिति के कारण कम लागत और गैर-विषाक्तता के फायदे हैं।

हालाँकि, Mn की परिवर्तनशील संयोजकता अवस्थाएँ और Mn3+ के जाह्न टेलर प्रभाव के परिणामस्वरूप इस घटक की संरचनात्मक अस्थिरता और खराब उत्क्रमणीयता होती है।

पेंग झेंगशुन एट अल। बताया कि विभिन्न तैयारी विधियों का LiMn2O4 कैथोड सामग्रियों के विद्युत रासायनिक प्रदर्शन पर बहुत प्रभाव पड़ता है। एक उदाहरण के रूप में आरसीटी लें: उच्च तापमान ठोस चरण विधि द्वारा संश्लेषित LiMn2O4 का आरसीटी सोल जेल विधि द्वारा संश्लेषित की तुलना में काफी अधिक है, और यह घटना लिथियम आयन प्रसार गुणांक में भी परिलक्षित होती है। इसका मुख्य कारण यह है कि विभिन्न संश्लेषण विधियों का उत्पादों की क्रिस्टलीयता और आकारिकी पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।

3. फॉस्फेट प्रणाली कैथोड सामग्री की कम तापमान विशेषताएँ

LiFePO4, टर्नरी सामग्रियों के साथ, अपनी उत्कृष्ट वॉल्यूम स्थिरता और सुरक्षा के कारण पावर बैटरी के लिए मुख्य सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री बन गया है। लिथियम आयरन फॉस्फेट का खराब निम्न-तापमान प्रदर्शन मुख्य रूप से इसकी सामग्री के इन्सुलेटर, कम इलेक्ट्रॉनिक चालकता, खराब लिथियम आयन प्रसार और कम तापमान पर खराब चालकता के कारण होता है, जो बैटरी के आंतरिक प्रतिरोध को बढ़ाता है और ध्रुवीकरण से काफी प्रभावित होता है। , बैटरी की चार्जिंग और डिस्चार्जिंग में बाधा उत्पन्न होती है, जिसके परिणामस्वरूप कम तापमान वाला प्रदर्शन असंतोषजनक होता है।

कम तापमान पर LiFePO4 के चार्ज और डिस्चार्ज व्यवहार का अध्ययन करते समय, गु यिजी एट अल। पाया गया कि इसकी कूलम्बिक दक्षता क्रमशः 55 ℃ पर 100% से घटकर 0 ℃ पर 96% और -20 ℃ पर 64% हो गई; डिस्चार्ज वोल्टेज 55 ℃ पर 3.11V से घटकर -20 ℃ पर 2.62V हो जाता है।

ज़िंग एट अल. नैनोकार्बन का उपयोग करके LiFePO4 को संशोधित किया गया और पाया गया कि नैनोकार्बन प्रवाहकीय एजेंटों को जोड़ने से तापमान के प्रति LiFePO4 के विद्युत रासायनिक प्रदर्शन की संवेदनशीलता कम हो गई और इसके कम तापमान वाले प्रदर्शन में सुधार हुआ; संशोधित LiFePO4 का डिस्चार्ज वोल्टेज 25 ℃ पर 3.40V से घटकर -25 ℃ पर 3.09V हो गया, केवल 9.12% की कमी के साथ; और इसकी बैटरी दक्षता -25 ℃ पर 57.3% है, जो नैनोकार्बन प्रवाहकीय एजेंटों के बिना 53.4% ​​से अधिक है।

हाल ही में, LiMnPO4 ने लोगों के बीच गहरी दिलचस्पी जगाई है। शोध में पाया गया है कि LiMnPO4 में उच्च क्षमता (4.1V), कोई प्रदूषण नहीं, कम कीमत और बड़ी विशिष्ट क्षमता (170mAh/g) जैसे फायदे हैं। हालाँकि, LiFePO4 की तुलना में LiMnPO4 की कम आयनिक चालकता के कारण, व्यवहार में LiMn0.8Fe0.2PO4 ठोस समाधान बनाने के लिए Mn को आंशिक रूप से प्रतिस्थापित करने के लिए अक्सर Fe का उपयोग किया जाता है।

लिथियम-आयन बैटरियों के लिए नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री की निम्न तापमान विशेषताएँ