कम तापमान लिथियम आयन बैटरी प्रदर्शन सुधार विधि

लिथियम आयन बैटरी के खराब कम तापमान के प्रदर्शन के मुख्य कारकों पर अभी भी बहस हुई है। मुख्य कारण हैं: कम तापमान पर इलेक्ट्रोलाइट की चिपचिपाहट बढ़ जाती है और चालकता कम हो जाती है; इलेक्ट्रोलाइट / इलेक्ट्रोड इंटरफ़ेस झिल्ली प्रतिरोध और चार्ज ट्रांसफर प्रतिरोध वृद्धि; लिथियम आयन सक्रिय भौतिक शरीर में हैं माध्यम में प्रवासन दर घट जाती है। नतीजतन, कम तापमान पर इलेक्ट्रोड ध्रुवीकरण बढ़ता है, और चार्ज और डिस्चार्ज की क्षमता कम हो जाती है।

लिथियम आयन बैटरी के निम्न-तापमान चार्जिंग के दौरान, विशेष रूप से कम-तापमान उच्च-दर चार्जिंग के दौरान, नकारात्मक इलेक्ट्रोड में लिथियम धातु वर्षा और जमाव होगा। जमा धातु लिथियम इलेक्ट्रोलाइट के साथ अपरिवर्तनीय रूप से प्रतिक्रिया करने में आसान है और इलेक्ट्रोलाइट की एक बड़ी मात्रा का उपभोग करता है। इसी समय, एसईआई फिल्म की मोटाई और अधिक बढ़ जाती है, जिसके परिणामस्वरूप बैटरी की नकारात्मक इलेक्ट्रोड सतह फिल्म की बाधा और बढ़ जाती है, और बैटरी का ध्रुवीकरण फिर से बढ़ जाता है, जो कम तापमान के प्रदर्शन को बहुत नुकसान पहुंचाएगा, चक्र जीवन और बैटरी के सुरक्षा प्रदर्शन।

कम तापमान लिथियम आयन बैटरी प्रदर्शन सुधार विधि सकारात्मक इलेक्ट्रोड, इलेक्ट्रोलाइट और नकारात्मक इलेक्ट्रोड: तीन पहलुओं से बैटरी के कम तापमान के प्रदर्शन में सुधार करने के लिए एक संशोधन विधि।

1. कैथोड सामग्री

कम तापमान पर कैथोड सामग्रियों के आयन प्रसार प्रदर्शन को बेहतर बनाने के मुख्य तरीके हैं:

1 उत्कृष्ट चालकता सामग्री के साथ सक्रिय भौतिक शरीर की सतह कोटिंग विधि सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री इंटरफ़ेस की चालकता में सुधार करती है, इंटरफ़ेस प्रतिबाधा को कम करती है, जबकि सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री और इलेक्ट्रोलाइट की साइड प्रतिक्रियाओं को कम करती है, और सामग्री संरचना को स्थिर करती है।

2 भौतिक शरीर को Mn, Al, Cr, Mg, F और अन्य तत्वों के साथ थोक में डोप किया जाता है, और शरीर में Li + के प्रसार दर को बढ़ाने के लिए सामग्री की परत को बढ़ाया जाता है, प्रसार को कम करते हैं ली + का प्रतिरोध, और बैटरी के कम तापमान के प्रदर्शन में सुधार।

3 सामग्री कण आकार को कम करें और ली + माइग्रेशन पथ को छोटा करें। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि यह विधि सामग्री के विशिष्ट सतह क्षेत्र को बढ़ाएगी और इलेक्ट्रोलाइट के साथ पक्ष प्रतिक्रिया को बढ़ाएगी।

2. इलेक्ट्रोलाइट

लिथियम आयन बैटरी के एक महत्वपूर्ण हिस्से के रूप में, इलेक्ट्रोलाइट न केवल तरल चरण में ली + की प्रवासन दर निर्धारित करता है, बल्कि एसईआई फिल्म के गठन में भी भाग लेता है, जो प्रदर्शन के लिए महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है SEI फिल्म। कम तापमान पर, इलेक्ट्रोलाइट की चिपचिपाहट बढ़ जाती है, चालकता कम हो जाती है, एसईआई फिल्म की बाधा बढ़ जाती है, और सकारात्मक और नकारात्मक सामग्री के साथ संगतता बिगड़ती है, जो बैटरी के ऊर्जा घनत्व और चक्र के प्रदर्शन को काफी बिगड़ती है।

वर्तमान में, इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से कम तापमान प्रदर्शन में सुधार करने के दो तरीके हैं:

(1) विलायक की संरचना का अनुकूलन करके और नए इलेक्ट्रोलाइट लवण का उपयोग करके इलेक्ट्रोलाइट की कम तापमान चालकता में सुधार;

(2) एसईआई फिल्म के गुणों में सुधार करने के लिए नए एडिटिव्स का उपयोग करें, यह कम तापमान पर ली + चालन के लिए अनुकूल बनाता है।

1 विलायक संरचना का अनुकूलन करें

इलेक्ट्रोलाइट का निम्न-तापमान प्रदर्शन मुख्य रूप से इसके कम-तापमान यूक्टेक्टिक बिंदु द्वारा निर्धारित किया जाता है। यदि गलनांक बहुत अधिक है, तो इलेक्ट्रोलाइट को कम तापमान पर क्रिस्टलीकृत करना आसान है, जो इलेक्ट्रोलाइट की चालकता को गंभीरता से प्रभावित करेगा। ईथीलीन कार्बोनेट (EC) इलेक्ट्रोलाइट का मुख्य विलायक घटक है, लेकिन इसका गलनांक 36 ° C होता है, और इलेक्ट्रोलाइट में इसकी घुलनशीलता कम तापमान पर भी कम हो जाती है, जिसका निम्न तापमान के प्रदर्शन पर अधिक प्रभाव पड़ता है। बैटरी। विलायक ईसी सामग्री को कम करने के लिए कम पिघलने बिंदु और कम चिपचिपापन घटकों को जोड़कर, कम तापमान पर इलेक्ट्रोलाइट की चिपचिपाहट और यूकेटिक बिंदु को प्रभावी ढंग से कम किया जा सकता है, और इलेक्ट्रोलाइट की चालकता में सुधार किया जा सकता है।

2 नए इलेक्ट्रोलाइट नमक

इलेक्ट्रोलाइट नमक इलेक्ट्रोलाइट के महत्वपूर्ण घटकों में से एक है, और यह उत्कृष्ट निम्न तापमान प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए एक महत्वपूर्ण कारक भी है। वर्तमान में, वाणिज्यिक इलेक्ट्रोलाइट नमक लिथियम हेक्साफ्लोरोफॉस्फेट है, और गठित एसईआई फिल्म में एक बड़ा प्रतिबाधा है, जिसके परिणामस्वरूप खराब तापमान कम होता है। एक नए प्रकार के लिथियम नमक का विकास आसन्न है। लिथियम tetrafluoroborate में एक छोटा सा आयनों का त्रिज्या है, जो सहयोगी के लिए आसान है, और LiPF6 की तुलना में कम चालकता है, लेकिन कम तापमान पर एक कम चार्ज ट्रांसफर प्रतिरोध है, और एक इलेक्ट्रोलाइट नमक के रूप में अच्छा कम तापमान प्रदर्शन है।

3 योजक

एसईआई फिल्म बैटरी के कम तापमान प्रदर्शन पर बहुत महत्वपूर्ण प्रभाव डालती है। यह एक आयनिक कंडक्टर और एक इलेक्ट्रॉनिक इन्सुलेटर है, और यह ली + तरल चरण से इलेक्ट्रोड सतह तक पहुंचने के लिए एक चैनल है। कम तापमान पर, एसईआई फिल्म की गति बढ़ जाती है, और एसईआई फिल्म में ली + की प्रसार दर तेजी से घट जाती है, जो इलेक्ट्रोड की सतह पर आरोपों के संचय को गहरा करती है, जिसके परिणामस्वरूप लिथियम में कमी होती है ग्रेफाइट की सम्मिलन क्षमता और ध्रुवीकरण में वृद्धि। एसईआई फिल्म की रचना और फिल्म-निर्माण की स्थिति का अनुकूलन करके, कम तापमान पर एसईआई फिल्म की आयनिक चालकता में सुधार करना बैटरी के कम तापमान के प्रदर्शन में सुधार के लिए फायदेमंद है। इसलिए, उत्कृष्ट कम तापमान के प्रदर्शन के साथ फिल्म बनाने वाले योजक का विकास एक वर्तमान शोध हॉटस्पॉट है।

सारांश में, इलेक्ट्रोलाइट की चालकता और फिल्म बनाने वाले प्रतिरोध का लिथियम-आयन बैटरी के कम तापमान के प्रदर्शन पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। कम तापमान वाले इलेक्ट्रोलाइट के लिए, इसे तीन पहलुओं से बड़े पैमाने पर अनुकूलित किया जाना चाहिए: इलेक्ट्रोलाइट विलायक प्रणाली, लिथियम नमक और एडिटिव्स। इलेक्ट्रोलाइट विलायक के लिए, कम पिघलने बिंदु, कम चिपचिपापन और उच्च ढांकता हुआ निरंतर के साथ एक विलायक प्रणाली का चयन किया जाना चाहिए। रैखिक कार्बोक्ज़लेट सॉल्वैंट्स में उत्कृष्ट निम्न तापमान प्रदर्शन होता है, लेकिन उनका चक्र प्रदर्शन पर अधिक प्रभाव पड़ता है, और ईसी और पीसी जैसे एस्टर के उच्च ढांकता हुआ निरंतर सम्मिश्रण के साथ चक्रीय कार्बोनिक एसिड का मिलान करने की आवश्यकता होती है; लिथियम लवण और योजक के लिए, मुख्य विचार फिल्म बनाने के प्रतिरोध को कम करना और लिथियम आयनों की प्रवासन दर में वृद्धि करना है। इसके अलावा, कम तापमान पर उचित रूप से लिथियम नमक की एकाग्रता में वृद्धि इलेक्ट्रोलाइट की चालकता को बढ़ा सकती है और कम तापमान प्रदर्शन को बढ़ा सकती है।

3. एनोड सामग्री

कार्बन एनोड सामग्री में लिथियम आयनों के प्रसार कैनेटीक्स की स्थिति का बिगड़ना मुख्य कारण है जो लिथियम आयन बैटरी के कम तापमान के प्रदर्शन को सीमित करता है। इसलिए, चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान एनोड के विद्युत रासायनिक ध्रुवीकरण को काफी तेज किया जाता है, जो आसानी से एनोड की सतह पर धातु लिथियम की वर्षा की ओर जाता है।

बैटरी के कम तापमान के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए एक उपयुक्त एनोड सामग्री चुनना एक महत्वपूर्ण कारक है। वर्तमान में, कम तापमान के प्रदर्शन का अनुकूलन मुख्य रूप से एनोड, सतह कोटिंग, डोपिंग की सतह के उपचार के तरीकों के माध्यम से किया जाता है, परत रिक्ति को बढ़ाने के लिए, और कण आकार को नियंत्रित करता है।

1 भूतल उपचार

भूतल उपचार में सतह ऑक्सीकरण और फ्लोरिंग शामिल है। भूतल उपचार ग्रेफाइट सतह पर सक्रिय साइटों को कम कर सकता है, अपरिवर्तनीय क्षमता हानि को कम कर सकता है, और अधिक सूक्ष्म नैनो संरचना छिद्र उत्पन्न कर सकता है, जो ली + संचरण के लिए अनुकूल है और प्रतिबाधा को कम करता है।

2 सतह कोटिंग

सतह कोटिंग जैसे कार्बन कोटिंग और धातु कोटिंग न केवल नकारात्मक इलेक्ट्रोड और इलेक्ट्रोलाइट के बीच सीधे संपर्क से बच सकते हैं, इलेक्ट्रोलाइट और नकारात्मक इलेक्ट्रोड की संगतता में सुधार कर सकते हैं, बल्कि ग्रेफाइट की चालकता भी बढ़ा सकते हैं, अधिक लिथियम सम्मिलन साइट प्रदान कर सकते हैं और बना सकते हैं अपरिवर्तनीय क्षमता में कमी। इसके अलावा, सॉफ्ट कार्बन या हार्ड कार्बन सामग्री का लेयर स्पेसिंग ग्रेफाइट से बड़ा होता है। नकारात्मक इलेक्ट्रोड पर नरम कार्बन या हार्ड कार्बन सामग्री की एक परत कोटिंग करना लिथियम आयनों के प्रसार की सुविधा देता है और एसईआई फिल्म के प्रतिरोध को कम करता है, जिससे बैटरी के कम तापमान प्रदर्शन में सुधार होता है। एजी की एक छोटी मात्रा की सतह कोटिंग नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री की चालकता में सुधार करती है, जिससे कम तापमान पर उत्कृष्ट विद्युत रासायनिक प्रदर्शन होता है।

3 ग्रेफाइट परतों के बीच अंतर बढ़ाएँ

ग्रेफाइट एनोड में एक छोटी इंटरलेयर स्पेसिंग होती है, और कम तापमान पर ग्रेफाइट परतों के बीच लिथियम आयनों की प्रसार दर कम हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप ध्रुवीकरण बढ़ जाता है। ग्रेफाइट तैयार करने की प्रक्रिया में बी, एन, एस, के और अन्य तत्वों की शुरूआत ग्रेफाइट की संरचना को संशोधित कर सकती है और ग्रेफाइट की इंटरलेयर रिक्ति लिथियम को रिलीज / इंटरकाल करने की क्षमता में सुधार करती है। P का परमाणु त्रिज्या (0.106pm) C (0.077pm) की तुलना में बड़ा है। पी डोपिंग ग्रेफाइट के इंटरलेयर रिक्ति को बढ़ा सकता है, लिथियम आयनों की प्रसार क्षमता को बढ़ा सकता है और संभवतः इसे सुधार सकता है। कार्बन सामग्री में ग्रेफाइट क्रिस्टल की सामग्री। कार्बन सामग्री में K की शुरूआत से अंतर यौगिक यौगिक KC8 बनेगा। जब पोटेशियम हटा दिया जाता है, तो कार्बन सामग्री के इंटरलेयर रिक्ति में वृद्धि होगी, जो लिथियम के तेजी से सम्मिलन के लिए फायदेमंद है, जिससे बैटरी के कम तापमान के प्रदर्शन में सुधार होता है।

4 नकारात्मक इलेक्ट्रोड कणों के आकार को नियंत्रित करें

बड़ा नकारात्मक इलेक्ट्रोड कण आकार, लिथियम आयन प्रसार मार्ग और प्रसार प्रतिरोध अधिक होता है, जो एकाग्रता में ध्रुवीकरण और खराब निम्न-तापमान प्रदर्शन की ओर जाता है। इसलिए, नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री के कण आकार को उचित रूप से कम करना ग्रेफाइट परतों के बीच लिथियम आयनों की प्रवास दूरी को कम कर सकता है, प्रसार प्रतिरोध को कम कर सकता है, इलेक्ट्रोलाइट घुसपैठ क्षेत्र को बढ़ा सकता है, और बैटरी के कम तापमान के प्रदर्शन में सुधार कर सकता है। इसके अलावा, एक छोटे कण आकार के एकल कण द्वारा ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोड को अधिक आइसोट्रॉपी किया जाता है, जो अधिक लिथियम सम्मिलन साइट प्रदान कर सकता है, ध्रुवीकरण को कम कर सकता है, और बैटरी के कम तापमान के प्रदर्शन में सुधार कर सकता है।

लिथियम-आयन बैटरी का कम तापमान प्रदर्शन लिथियम बैटरी के अनुप्रयोग को प्रतिबंधित करने वाला एक महत्वपूर्ण कारक है। लिथियम बैटरी के कम तापमान के प्रदर्शन में सुधार कैसे करें अभी भी वर्तमान शोध का एक गर्म और कठिन बिंदु है। लिथियम बैटरी के कम तापमान के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए, बैटरी में सकारात्मक इलेक्ट्रोड, नकारात्मक इलेक्ट्रोड और इलेक्ट्रोलाइट जैसे व्यापक कारकों के प्रभाव पर विचार किया जाना चाहिए। इलेक्ट्रोलाइट विलायक, योजक और लिथियम नमक संरचना का अनुकूलन करके, इलेक्ट्रोलाइट की चालकता में सुधार होता है, और फिल्म गठन प्रतिरोध कम हो जाता है; इलेक्ट्रोड सामग्री भौतिक संरचना को अनुकूलित करने और सक्रिय सामग्री शरीर में Li + के इंटरफ़ेस प्रतिरोध और प्रसार प्रतिरोध को कम करने के लिए डोपिंग, कोटिंग, और दानेदार बनाने जैसे संशोधन उपचार से गुजरती है। बैटरी सिस्टम के समग्र अनुकूलन के माध्यम से, कम तापमान पर लिथियम बैटरी के ध्रुवीकरण को कम किया जाता है, और बैटरी के कम तापमान प्रदर्शन में और सुधार होता है।