Jaké jsou faktory ovlivňující výkon lithium-iontových baterií při nízkých teplotách?
Lithium-iontové baterie disponují výhodami jakými je vysoká energetická hustota, nízké samovybíjení, vysoké výstupního napětí, dlouhá životnost a to vše bez paměťového efektu. Proto jsou zajímavé pro většinu oblastí ve spotřební elektronice. Roste podíl lithium-iontových baterií v oblasti elektrického nářadí. V elektrických kolech vykazuje užití lithiových baterií nárůst téměř geometrickou řadou.
Rychlý nástup a speciální požadavky na lithium-iontové baterie v oblasti elektrických vozidel a vojenského průmyslu bohužel znamená mírný skluz vývoje Li-ION baterií pro výkonové užití při nízkých teplotách. Za nízkých teplot se efektivní kapacita a efektivní energie vybití lithium-iontových baterií výrazně sníží a současně je téměř nemožné nabíjet v prostředí s teplotou nižší než -10 ° C, což omezuje použití Li-ION baterií.
Běžné lithium-iontové baterie: LNMC, LFP, LTO, LiS atd atd
Lithium-iontová baterie je převážně složena z kladného a záporného elektrodového materiálu, separátoru a elektrolytu. Lithium-iontové baterie v prostředí s nízkou teplotou se vyznačují poklesem vybíjení napěťové platformy, nízkou kapacitou vybíjení, rychlým poklesem kapacity a nízkým výkonem. Tyto nevýhody jsou rozdílné např. pro LNMC a LFP .
Tyto hlavní faktory omezují výkon lithium-iontových baterií při nízkých teplotách :
※ Pozitivní struktura elektrod
Trojrozměrná struktura materiálu pozitivní elektrody omezuje rychlost difúze iontů lithia a účinek je zvláště patrný při nízkých teplotách. Katodové materiály lithium-iontových baterií zahrnují komerční fosforečnan lithno-železitý, ternární materiály kobalt-mangan-nikl, lithium-manganát, oxid lithný-kobalt atd. A také zahrnují vysokonapěťové katodové materiály, jako je oxid lithný-nikl-manganatý a fosforečnan lithno-železitý-manganatý. etapa. , fosforečnan lithný-vanaditý a podobné. Různé materiály kladných elektrod mají různé trojrozměrné struktury. Nyní jsou kladnými elektrodovými materiály používanými jako napájecí baterie pro elektrická vozidla zejména fosforečnan lithno-železitý, ternární materiály obsahující kobalt a mangan nikl a manganistan lithný. Čínští profesoři zkoumali vybíjecí výkon lithium-železo-fosfátové baterie a nikl-kobalt-mangan-ternární baterie při -20 ° C. Bylo zjištěno, že vybíjecí kapacita lithium-železo-fosfátové ( LFP ) baterie při -20 ° C může dosáhnout pouze 67,38% oproti provozu za normální teploty, zatímco nikl kobalt mangan baterie ( LNMC ) může dosáhnout 70,1%. Dále bylo zjištěno, že lithiová baterie s oxidem manganičitým může dosáhnout 83% kapacity normální teploty při -20 ° C.
( Pozn. jestliže kapacita baterie vašeho mobilního telefonu klesne pod 80% pak máte pocit, že si musíte koupit nový – baterie se rychle vybíjí )
※ Rychlost difúze lithiových iontů
Rychlost difúze iontů lithia v grafitové anodě je snížena v prostředí s nízkou teplotou. Byl studován vliv grafitové anody na nízkoteplotní výboj lithium-iontové baterie. Bylo zjištěno, že je nutné, aby se odpor při migraci náboje lithium-iontové baterie zvýšil v prostředí s nízkou teplotou, což vede ke snížení difúze lithium-iontového akumulátoru a zvýšení rychlosti v grafitové anodě, která ovlivňuje nízkoteplotní výkon lithium-iontové baterie. Velmi důležité zjištění.
※ SEI film *
V prostředí s nízkou teplotou je SEI film záporné elektrody lithium-iontové baterie zesílen a zvýšení impedance ( zdánlivý odpor – mění se podle stavu nabití baterie ) SEI filmu vede ke snížení rychlosti vedení lithiových iontů v SEI filmu. Když se lithium-iontová baterie nabije a vybije v prostředí s nízkou teplotou vytvoří se polarizace, která sníží účinnost nabíjení a vybíjení.
* Vrstva SEI nebo mezifázová vrstva pevného elektrolytu je složka lithium-iontových baterií, vytvořená z materiálů rozkladu spojených s elektrolytem baterie. ... Společnost Forge Nano vyvinula techniky potahování ALD, které snižují vrstvu SEI v lithium-iontových bateriích, což vede k delší životnosti.
※ Abych to shrnul
V současné době ovlivňuje výkon lithium-iontových baterií za nízké teploty mnoho faktorů. Jedná se například o strukturu kladné elektrody, rychlost migrace lithiových iontů v různých částech baterie, tloušťka a chemické složení filmu SEI a výběr lithných solí a také rozpouštědel v elektrolytu.
Nízkoteplotní výkon omezuje použití lithium-iontových baterií v oblasti elektrických vozidel, vojenského průmyslu a extrémních prostředí. Vývoj lithium-iontových baterií s vynikajícím výkonem při nízkých teplotách je na trhu naléhavou poptávkou.
Je tedy důležité respektovat/sledovat/kopírovat výkonovou mapu bateriových článků poskytnutou výrobcem z nichž je baterie složena.
S ohledem na dlouhodobý provoz a maximální 90% využití kapacity nelze ponechat baterie napospas měniči, který nedisponuje odpovídajícím algoritmem řízení a baterie v reálném provozu více či méně poškozuje. Každý kdo se mylně domnívá, že BMS v bateriích disponuje regulačními nebo korekčními funkcemi odběru měnič bude při neuznané reklamaci dodavatelem baterií opravdu překvapen ze skutečnosti, že za baterie ručil on jako dodavatel ( neručil za ně ani výrobce baterií ani distributor ). BMS v bateriích opravdu není nadřazený řídící komponenta pro měnič … tou je vždy EMS. Více ZDE
