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

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।

जब से लिथियम-आयन बैटरियां बाजार में आई हैं, लंबे जीवन, बड़ी विशिष्ट क्षमता और कोई स्मृति प्रभाव नहीं होने जैसे उनके फायदों के कारण उनका व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। कम तापमान पर उपयोग की जाने वाली लिथियम-आयन बैटरियों में कम क्षमता, गंभीर क्षीणन, खराब चक्र दर प्रदर्शन, स्पष्ट लिथियम वर्षा और असंतुलित लिथियम डिइंटरकलेशन और डिइंटरकलेशन जैसी समस्याएं होती हैं। हालाँकि, जैसे-जैसे अनुप्रयोग क्षेत्रों का विस्तार जारी है, लिथियम-आयन बैटरियों के खराब निम्न-तापमान प्रदर्शन के कारण होने वाली बाधाएँ तेजी से स्पष्ट हो गई 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।

रिपोर्टों के अनुसार, -20°C पर लिथियम-आयन बैटरियों की डिस्चार्ज क्षमता कमरे के तापमान की तुलना में केवल 31.5% है। पारंपरिक लिथियम-आयन बैटरियों का ऑपरेटिंग तापमान -20~+55℃ के बीच होता है। हालाँकि, एयरोस्पेस, सैन्य उद्योग, इलेक्ट्रिक वाहन और अन्य क्षेत्रों में, बैटरियों को -40°C पर सामान्य रूप से काम करने की आवश्यकता होती है। 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

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 की चिपचिपाहट बढ़ जाती है और आंशिक रूप से जम भी जाती है, जिससे लिथियम-आयन बैटरियों की चालकता कम हो जाती है।
  
• कम तापमान वाले वातावरण में इलेक्ट्रोलाइट, नकारात्मक इलेक्ट्रोड और विभाजक के बीच अनुकूलता बिगड़ जाती है।
• कम तापमान वाले वातावरण में, इलेक्ट्रोलाइट, नकारात्मक इलेक्ट्रोड और विभाजक के बीच अनुकूलता खराब हो जाती है।
  
• कम तापमान वाले वातावरण में लिथियम-आयन बैटरियों का नकारात्मक इलेक्ट्रोड गंभीर लिथियम अवक्षेपण 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 लिथियम-आयन बैटरी के नकारात्मक इलेक्ट्रोड से लिथियम गंभीर रूप से अवक्षेपित होता है, और अवक्षेपित धातु लिथियम इलेक्ट्रोलाइट के साथ प्रतिक्रिया करता है, और उत्पाद जमाव ठोस इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस (एसईआई) की मोटाई में वृद्धि का कारण बनता 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।
• कम तापमान वाले वातावरण में, लिथियम-आयन बैटरी की सक्रिय सामग्री के भीतर प्रसार प्रणाली कम हो जाती है, और चार्ज ट्रांसफर प्रतिरोध (आरसीटी) काफी बढ़ जाता है।
  

लिथियम-आयन बैटरियों के निम्न-तापमान प्रदर्शन को प्रभावित करने वाले कारकों की खोज

लिथियम-आयन बैटरियों के निम्न-तापमान प्रदर्शन को प्रभावित करने वाले कारकों पर चर्चा

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।

विशेषज्ञ की राय 1: लिथियम-आयन बैटरी के कम तापमान वाले प्रदर्शन पर इलेक्ट्रोलाइट का सबसे अधिक प्रभाव पड़ता है। इलेक्ट्रोलाइट की संरचना और भौतिक और रासायनिक गुण बैटरी के कम तापमान वाले प्रदर्शन पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालते हैं। कम तापमान पर बैटरियों के चलने में समस्या यह है कि इलेक्ट्रोलाइट की चिपचिपाहट बढ़ जाएगी और आयन चालन गति धीमी हो जाएगी, जिसके परिणामस्वरूप बाहरी सर्किट की इलेक्ट्रॉन प्रवासन गति में बेमेल हो जाएगी, जिसके परिणामस्वरूप बैटरी गंभीर रूप से खराब हो जाएगी ध्रुवीकृत हो जाएगा और चार्ज और डिस्चार्ज क्षमता तेजी से कम हो जाएगी। विशेष रूप से कम तापमान पर चार्ज करते समय, लिथियम आयन आसानी से नकारात्मक इलेक्ट्रोड की 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 तेज़ 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 का निम्न-तापमान प्रदर्शन इलेक्ट्रोलाइट की चालकता से निकटता से संबंधित है। उच्च चालकता वाला इलेक्ट्रोलाइट तेजी से आयनों का परिवहन कर सकता है और कम तापमान पर अधिक क्षमता लगा सकता है। इलेक्ट्रोलाइट में जितने अधिक लिथियम लवण विघटित होते हैं, माइग्रेशन की संख्या उतनी ही अधिक होती है और चालकता उतनी ही अधिक होती है। चालकता अधिक होती है, और आयन चालन दर जितनी तेज़ होती है, ध्रुवीकरण उतना ही कम होता है, और कम तापमान पर बैटरी का प्रदर्शन उतना ही बेहतर होता है। इसलिए, लिथियम-आयन बैटरियों के अच्छे निम्न-तापमान प्रदर्शन को प्राप्त करने के लिए उच्च विद्युत 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।

इलेक्ट्रोलाइट की चालकता इलेक्ट्रोलाइट की संरचना से संबंधित है। विलायक की चिपचिपाहट को कम करना इलेक्ट्रोलाइट की चालकता में सुधार करने के तरीकों में से एक है। कम तापमान पर विलायक की अच्छी तरलता आयन परिवहन सुनिश्चित करती है, और कम तापमान पर नकारात्मक इलेक्ट्रोड पर इलेक्ट्रोलाइट द्वारा बनाई गई ठोस इलेक्ट्रोलाइट फिल्म भी लिथियम आयन चालन को प्रभावित करने की कुंजी है, और आरएसईआई लिथियम-आयन बैटरी का मुख्य प्रतिबाधा है कम तापमान वाले वातावरण में.

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।

विशेषज्ञ 2: लिथियम-आयन बैटरियों के निम्न-तापमान प्रदर्शन को सीमित करने वाला मुख्य कारक कम तापमान पर ली+ प्रसार प्रतिरोध में तेज वृद्धि है, न कि एसईआई फिल्म।

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

लिथियम-आयन बैटरी कैथोड सामग्री की कम तापमान विशेषताएँ

1. स्तरित सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री की कम तापमान विशेषताएँ

1. स्तरित संरचना कैथोड 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।

स्तरित संरचना में न केवल एक-आयामी लिथियम आयन प्रसार चैनलों का अद्वितीय दर प्रदर्शन है, बल्कि त्रि-आयामी चैनलों की संरचनात्मक स्थिरता भी है। यह सबसे प्रारंभिक वाणिज्यिक लिथियम-आयन बैटरी कैथोड सामग्री है। इसके प्रतिनिधि पदार्थों में LiCoO2, Li(Co1-xNix)O2 और Li(Ni,Co,Mn)O2 आदि शामिल हैं।

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

ज़ी ज़ियाओहुआ और अन्य ने अनुसंधान वस्तु के रूप में LiCoO2/MCMB का उपयोग किया और इसकी कम तापमान वाली चार्ज और डिस्चार्ज विशेषताओं का परीक्षण किया।

परिणामों से पता चला कि जैसे-जैसे तापमान में कमी आई, 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।

परिणाम बताते हैं कि जैसे-जैसे तापमान घटता है, इसका डिस्चार्ज प्लेटफ़ॉर्म 3.762V (0℃) से घटकर 3.207V (-30℃) हो जाता है; इसकी कुल बैटरी क्षमता भी 78.98mA·h (0℃) से तेजी से गिरकर 68.55mAh·h हो जाती है; (-30°C).

2. स्पिनल संरचित कैथोड सामग्री की कम तापमान विशेषताएँ

2. स्पिनल संरचना 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।

स्पिनल संरचना LiMn2O4 कैथोड सामग्री में सह तत्व नहीं होता है, इसलिए इसमें 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।

हालाँकि, Mn की परिवर्तनशील संयोजकता स्थिति और Mn3+ का जाह्न-टेलर प्रभाव इस घटक की संरचनात्मक अस्थिरता और खराब उत्क्रमणीयता को जन्म देता 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।

पेंग झेंगशुन और अन्य ने बताया कि विभिन्न तैयारी विधियों का LiMn2O4 कैथोड सामग्रियों के विद्युत रासायनिक प्रदर्शन पर अधिक प्रभाव पड़ता है: उदाहरण के तौर पर Rct को लेते हुए: उच्च तापमान वाले ठोस-चरण विधि द्वारा संश्लेषित LiMn2O4 की Rct संश्लेषित की तुलना में काफी अधिक है। सोल-जेल विधि द्वारा, और यह घटना लिथियम आयनों में होती है, यह प्रसार गुणांक में भी परिलक्षित होती है। इसका कारण मुख्य रूप से उत्पाद की क्रिस्टलीयता और आकारिकी पर विभिन्न संश्लेषण विधियों का महान प्रभाव है।

3. फॉस्फेट प्रणाली कैथोड सामग्री की कम तापमान विशेषताएँ

3. फॉस्फेट प्रणाली कैथोड सामग्री की निम्न-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। 

स्पिनल संरचना LiMn2O4 कैथोड सामग्री में सह तत्व नहीं होता है, इसलिए इसमें कम लागत और गैर-विषाक्तता के फायदे हैं।

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।

अपनी उत्कृष्ट वॉल्यूम स्थिरता और सुरक्षा के कारण, LiFePO4, टर्नरी सामग्रियों के साथ मिलकर, पावर बैटरी के लिए वर्तमान कैथोड सामग्रियों का मुख्य निकाय बन गया है। लिथियम आयरन फॉस्फेट का खराब निम्न-तापमान प्रदर्शन मुख्य रूप से है क्योंकि सामग्री स्वयं एक इन्सुलेटर है, जिसमें कम इलेक्ट्रॉनिक चालकता, खराब लिथियम आयन प्रसार और कम तापमान पर खराब चालकता होती है, जो बैटरी के आंतरिक प्रतिरोध को बढ़ाती है और इससे काफी प्रभावित होती है। ध्रुवीकरण। बैटरी चार्ज और डिस्चार्ज अवरुद्ध है, इसलिए कम तापमान का प्रदर्शन आदर्श नहीं 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।

जब गु यिजी और अन्य ने कम तापमान पर LiFePO4 के चार्ज और डिस्चार्ज व्यवहार का अध्ययन किया, तो उन्होंने पाया कि इसकी कूलम्बिक दक्षता क्रमशः 55°C पर 100% से घटकर 0°C पर 96% और -20°C पर 64% हो गई; डिस्चार्ज वोल्टेज 55°C पर 3.11V से घटकर -20°C 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।

ज़िंग एट अल ने LiFePO4 को संशोधित करने के लिए नैनोकार्बन का उपयोग किया और पाया कि नैनोकार्बन प्रवाहकीय एजेंट जोड़ने के बाद, LiFePO4 के विद्युत रासायनिक गुण तापमान के प्रति कम संवेदनशील थे और संशोधन के बाद कम तापमान के प्रदर्शन में सुधार हुआ, LiFePO4 का डिस्चार्ज वोल्टेज 3.40 से बढ़कर 3.40 हो गया 25°C पर V घटकर 3.09V हो गया, जो केवल 9.12% की कमी है और -25°C पर इसकी बैटरी दक्षता 57.3% थी, जो नैनोकार्बन प्रवाहकीय एजेंट के बिना 53.4% ​​से अधिक थी।

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।

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

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

लिथियम-आयन बैटरी एनोड सामग्री की कम तापमान विशेषताएँ

सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रियों की तुलना में, लिथियम-आयन बैटरियों में नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रियों की कम तापमान की गिरावट की घटना अधिक गंभीर है, मुख्य रूप से निम्नलिखित तीन कारणों से:

कैथोड सामग्रियों की तुलना में, लिथियम-आयन बैटरी एनोड सामग्रियों की कम तापमान वाली गिरावट अधिक गंभीर है:

• कम तापमान वाली उच्च दर चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान, बैटरी का ध्रुवीकरण गंभीर होता है, और नकारात्मक इलेक्ट्रोड सतह पर बड़ी मात्रा में लिथियम धातु जमा हो जाती है, और लिथियम धातु और इलेक्ट्रोलाइट के बीच प्रतिक्रिया उत्पादों में आमतौर पर चालकता नहीं होती है;
• कम तापमान और उच्च दर पर चार्ज और डिस्चार्ज करते समय, बैटरी गंभीर रूप से ध्रुवीकृत हो जाती है, और बड़ी मात्रा में धातु लिथियम नकारात्मक इलेक्ट्रोड की सतह पर जमा हो जाती है, और धातु लिथियम और इलेक्ट्रोलाइट के बीच प्रतिक्रिया उत्पाद आमतौर पर प्रवाहकीय नहीं होता है;
  
• थर्मोडायनामिक परिप्रेक्ष्य से, इलेक्ट्रोलाइट में बड़ी संख्या में सी-ओ और सी-एन जैसे ध्रुवीय समूह होते हैं, जो नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री के साथ प्रतिक्रिया कर सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एसईआई फिल्में बनती हैं जो कम तापमान प्रभावों के प्रति अधिक संवेदनशील होती हैं;
• थर्मोडायनामिक दृष्टिकोण से, इलेक्ट्रोलाइट में बड़ी संख्या में सी-ओ और सी-एन जैसे ध्रुवीय समूह होते हैं, जो एनोड सामग्री के साथ प्रतिक्रिया कर सकते हैं, और गठित एसईआई फिल्म कम तापमान के प्रति अधिक संवेदनशील होती है;
  
• कम तापमान पर कार्बन नकारात्मक इलेक्ट्रोड में लिथियम को एम्बेड करना मुश्किल है, जिसके परिणामस्वरूप असममित चार्जिंग और डिस्चार्जिंग होती है।
• कार्बन नकारात्मक इलेक्ट्रोड के लिए कम तापमान पर लिथियम डालना मुश्किल है, और चार्ज और डिस्चार्ज में विषमता है।
  

निम्न तापमान इलेक्ट्रोलाइट्स पर अनुसंधान

कम तापमान वाले इलेक्ट्रोलाइट पर शोध

इलेक्ट्रोलाइट लिथियम-आयन बैटरी में ली+ संचारित करने में भूमिका निभाता है, और इसकी आयन चालकता और एसईआई फिल्म निर्माण प्रदर्शन का बैटरी के कम तापमान वाले प्रदर्शन पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। कम तापमान वाले इलेक्ट्रोलाइट्स की गुणवत्ता का आकलन करने के लिए तीन मुख्य संकेतक हैं: आयन चालकता, इलेक्ट्रोकेमिकल विंडो और इलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया गतिविधि। इन तीन संकेतकों का स्तर काफी हद तक उनकी घटक सामग्रियों पर निर्भर करता है: सॉल्वैंट्स, इलेक्ट्रोलाइट्स (लिथियम लवण), और एडिटिव्स। इसलिए, बैटरियों के निम्न-तापमान प्रदर्शन को समझने और सुधारने के लिए इलेक्ट्रोलाइट के विभिन्न भागों के निम्न-तापमान प्रदर्शन का अध्ययन बहुत महत्वपूर्ण है।

इलेक्ट्रोलाइट लिथियम-आयन बैटरी में Li+ के परिवहन में भूमिका निभाता है, और इसकी आयनिक चालकता और SEI फिल्म बनाने वाले गुण बैटरी के कम तापमान वाले प्रदर्शन पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालते हैं। कम तापमान वाले इलेक्ट्रोलाइट्स की गुणवत्ता का आकलन करने के लिए तीन मुख्य संकेतक हैं: आयनिक चालकता, इलेक्ट्रोकेमिकल विंडो और इलेक्ट्रोड प्रतिक्रियाशीलता। इन तीन संकेतकों का स्तर काफी हद तक उनकी घटक सामग्रियों पर निर्भर करता है: विलायक, इलेक्ट्रोलाइट (लिथियम नमक), और योजक। इसलिए, बैटरी के निम्न-तापमान प्रदर्शन को समझने और सुधारने के लिए इलेक्ट्रोलाइट के विभिन्न भागों के निम्न-तापमान गुणों का अध्ययन बहुत महत्वपूर्ण है।

• श्रृंखला कार्बोनेट की तुलना में, ईसी आधारित इलेक्ट्रोलाइट्स में एक कॉम्पैक्ट संरचना, उच्च अंतःक्रिया बल और उच्च गलनांक और चिपचिपाहट होती है। हालाँकि, वृत्ताकार संरचना द्वारा लाई गई बड़ी ध्रुवता के परिणामस्वरूप अक्सर उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक होता है। उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक, उच्च आयन चालकता, और ईसी सॉल्वैंट्स का उत्कृष्ट फिल्म-निर्माण प्रदर्शन प्रभावी ढंग से विलायक अणुओं के सह-सम्मिलन को रोकता है, जिससे वे अपरिहार्य हो जाते हैं। इसलिए, आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले कम तापमान वाले इलेक्ट्रोलाइट सिस्टम ईसी पर आधारित होते हैं और कम पिघलने बिंदु वाले छोटे अणु सॉल्वैंट्स के साथ मिश्रित होते हैं।
• चेन कार्बोनेट की तुलना में, ईसी-आधारित इलेक्ट्रोलाइट की कम तापमान वाली विशेषताएं यह हैं कि चक्रीय कार्बोनेट में एक तंग संरचना, मजबूत बल, उच्च पिघलने बिंदु और चिपचिपाहट होती है। हालाँकि, रिंग संरचना द्वारा लाई गई बड़ी ध्रुवता अक्सर इसे एक बड़े ढांकता हुआ स्थिरांक बनाती है। ईसी सॉल्वैंट्स के बड़े ढांकता हुआ स्थिरांक, उच्च आयन चालकता और उत्कृष्ट फिल्म-निर्माण गुण विलायक अणुओं के सह-सम्मिलन को प्रभावी ढंग से रोकते हैं, जिससे वे अपरिहार्य हो जाते हैं, इसलिए, सबसे अधिक इस्तेमाल किए जाने वाले कम तापमान वाले इलेक्ट्रोलाइट सिस्टम ईसी पर आधारित होते हैं और फिर मिश्रित छोटे होते हैं कम गलनांक वाला अणु विलायक।
  
• लिथियम लवण इलेक्ट्रोलाइट्स का एक महत्वपूर्ण घटक हैं। इलेक्ट्रोलाइट्स में लिथियम लवण न केवल समाधान की आयनिक चालकता में सुधार कर सकते हैं, बल्कि समाधान में Li+ की प्रसार दूरी को भी कम कर सकते हैं। सामान्यतया, किसी घोल में Li+ की सांद्रता जितनी अधिक होगी, उसकी आयन चालकता उतनी ही अधिक होगी। हालाँकि, इलेक्ट्रोलाइट में लिथियम आयनों की सांद्रता लिथियम लवण की सांद्रता के साथ रैखिक रूप से सहसंबद्ध नहीं होती है, बल्कि एक परवलयिक आकार प्रदर्शित करती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि विलायक में लिथियम आयनों की सांद्रता विलायक में लिथियम लवणों के पृथक्करण और जुड़ाव की ताकत पर निर्भर करती है।

• लिथियम नमक इलेक्ट्रोलाइट का एक महत्वपूर्ण घटक है। इलेक्ट्रोलाइट में लिथियम नमक न केवल समाधान की आयनिक चालकता को बढ़ा सकता है, बल्कि समाधान में Li+ की प्रसार दूरी को भी कम कर सकता है। सामान्यतया, विलयन में Li+ सांद्रता जितनी अधिक होगी, उसकी आयनिक चालकता उतनी ही अधिक होगी। हालाँकि, इलेक्ट्रोलाइट में लिथियम आयन सांद्रता लिथियम नमक सांद्रता से रैखिक रूप से संबंधित नहीं है, बल्कि परवलयिक है। ऐसा इसलिए है क्योंकि विलायक में लिथियम आयनों की सांद्रता विलायक में लिथियम नमक के पृथक्करण और जुड़ाव की ताकत पर निर्भर करती है।

  
  

निम्न तापमान इलेक्ट्रोलाइट्स पर अनुसंधान

कम तापमान वाले इलेक्ट्रोलाइट पर शोध

बैटरी की संरचना के अलावा, व्यावहारिक संचालन में प्रक्रिया कारक भी बैटरी के प्रदर्शन पर महत्वपूर्ण प्रभाव डाल सकते हैं।

बैटरी संरचना के अलावा, वास्तविक संचालन में प्रक्रिया कारकों का भी बैटरी प्रदर्शन पर काफी प्रभाव पड़ेगा।

(1) तैयारी प्रक्रिया. याकूब एट अल. LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2/ग्रेफाइट बैटरियों के निम्न-तापमान प्रदर्शन पर इलेक्ट्रोड लोड और कोटिंग की मोटाई के प्रभाव का अध्ययन किया और पाया कि क्षमता प्रतिधारण के संदर्भ में, इलेक्ट्रोड लोड जितना छोटा होगा और कोटिंग परत जितनी पतली होगी, उतना ही बेहतर होगा। कम तापमान का प्रदर्शन.

(1) तैयारी प्रक्रिया. याकूब और अन्य ने LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2/ग्रेफाइट बैटरियों के कम तापमान वाले प्रदर्शन पर इलेक्ट्रोड लोड और कोटिंग की मोटाई के प्रभावों का अध्ययन किया और पाया कि क्षमता प्रतिधारण के संदर्भ में, इलेक्ट्रोड लोड जितना छोटा होगा और कोटिंग परत उतनी ही पतली होगी। , कम तापमान वाला प्रदर्शन उतना ही बेहतर होगा।

(2) चार्जिंग और डिस्चार्जिंग स्थिति। पेट्ज़ल एट अल. बैटरियों के चक्र जीवन पर कम तापमान वाली चार्जिंग और डिस्चार्जिंग स्थितियों के प्रभाव का अध्ययन किया और पाया कि जब डिस्चार्ज की गहराई बड़ी होती है, तो इससे महत्वपूर्ण क्षमता हानि होगी और चक्र जीवन कम हो जाएगा।

(2) चार्ज और डिस्चार्ज अवस्था। पेट्ज़ल एट अल ने बैटरी चक्र जीवन पर कम तापमान वाले चार्ज और डिस्चार्ज स्थितियों के प्रभाव का अध्ययन किया और पाया कि जब डिस्चार्ज गहराई बड़ी होती है, तो इससे अधिक क्षमता हानि होगी और चक्र जीवन कम हो जाएगा।

(3) अन्य कारक। सतह क्षेत्र, छिद्र आकार, इलेक्ट्रोड घनत्व, इलेक्ट्रोड और इलेक्ट्रोलाइट के बीच अस्थिरता, और विभाजक सभी लिथियम-आयन बैटरी के कम तापमान के प्रदर्शन को प्रभावित करते हैं। इसके अलावा, बैटरियों के कम तापमान वाले प्रदर्शन पर सामग्री और प्रक्रिया दोषों के प्रभाव को नजरअंदाज नहीं किया जा सकता है।

(3) अन्य कारक। सतह क्षेत्र, छिद्र आकार, इलेक्ट्रोड का इलेक्ट्रोड घनत्व, इलेक्ट्रोड और इलेक्ट्रोलाइट की वेटेबिलिटी, और विभाजक सभी लिथियम-आयन बैटरी के कम तापमान के प्रदर्शन को प्रभावित करते हैं। इसके अलावा, बैटरियों के कम तापमान वाले प्रदर्शन पर सामग्रियों और प्रक्रियाओं में दोषों के प्रभाव को नजरअंदाज नहीं किया जा सकता है।

सारांश

संक्षेप

लिथियम-आयन बैटरियों के कम तापमान वाले प्रदर्शन को सुनिश्चित करने के लिए, निम्नलिखित बिंदुओं को अच्छी तरह से करने की आवश्यकता है:

(1) एक पतली और घनी एसईआई फिल्म बनाना;

(2) सुनिश्चित करें कि सक्रिय पदार्थ में Li+ का उच्च प्रसार गुणांक है;

(3) इलेक्ट्रोलाइट्स में कम तापमान पर उच्च आयनिक चालकता होती है।

इसके अलावा, अनुसंधान एक अलग दृष्टिकोण अपना सकता है और एक अन्य प्रकार की लिथियम-आयन बैटरी - सभी ठोस अवस्था लिथियम-आयन बैटरी - पर ध्यान केंद्रित कर सकता है। पारंपरिक लिथियम-आयन बैटरियों की तुलना में, सभी सॉलिड-स्टेट लिथियम-आयन बैटरियों, विशेष रूप से सभी सॉलिड-स्टेट थिन-फिल्म लिथियम-आयन बैटरियों से कम तापमान पर उपयोग की जाने वाली बैटरियों की क्षमता में गिरावट और साइकलिंग सुरक्षा मुद्दों को पूरी तरह से हल करने की उम्मीद है।

लिथियम-आयन बैटरियों के कम तापमान वाले प्रदर्शन को सुनिश्चित करने के लिए, निम्नलिखित बिंदुओं पर काम करने की आवश्यकता है:

(1) एक पतली और सघन एसईआई फिल्म बनाएं;

(2) सुनिश्चित करें कि सक्रिय सामग्री में Li+ का बड़ा प्रसार गुणांक है;

(3) इलेक्ट्रोलाइट में कम तापमान पर उच्च आयनिक चालकता होती है।

इसके अलावा, अनुसंधान एक अन्य प्रकार की लिथियम-आयन बैटरी-ऑल-सॉलिड-स्टेट लिथियम-आयन बैटरी पर ध्यान केंद्रित करने का एक और तरीका भी खोज सकता है। पारंपरिक लिथियम-आयन बैटरियों की तुलना में, ऑल-सॉलिड-स्टेट लिथियम-आयन बैटरियों, विशेष रूप से ऑल-सॉलिड-स्टेट थिन-फिल्म लिथियम-आयन बैटरियों से, उपयोग की जाने वाली बैटरियों की क्षमता क्षीणन और चक्र सुरक्षा मुद्दों की समस्या को पूरी तरह से हल करने की उम्मीद है। कम तामपान।