Cén fáth a laghdaítear cumas cadhnraí litiam sa gheimhreadh? Ar deireadh, is féidir le duine a mhíniú!

Cén fáth a laghdaítear cumas cadhnraí litiam sa gheimhreadh? Ar deireadh, is féidir le duine a mhíniú!

Ó tháinig siad isteach sa mhargadh, baineadh úsáid as cadhnraí litiam-ian go forleathan mar gheall ar a gcuid buntáistí cosúil le saolré fada, cumas sonrach mór, agus gan aon éifeacht chuimhne. Tá fadhbanna ag cadhnraí ian litiam a úsáidtear ag teocht íseal, mar shampla cumas íseal, maolú mór, droch-fheidhmíocht rothaíochta, éabhlóid soiléir litiam, agus baint agus cur isteach neamhchothromaithe litiam. Mar sin féin, le leathnú leanúnach na réimsí iarratais, tá na srianta de bharr droch-fheidhmíocht íseal-teocht cadhnraí litiam-ian ag éirí níos soiléire.

De réir tuairiscí, níl an cumas urscaoilte cadhnraí litiam-ian ag -20 ℃ ach thart ar 31.5% de sin ag teocht an tseomra. Feidhmíonn cadhnraí litiam-ian traidisiúnta ag teocht idir -20 ~ + 55 ℃. Mar sin féin, i réimsí cosúil le feithiclí aeraspáis, míleata agus leictreacha, tá gá le cadhnraí oibriú de ghnáth ag -40 ℃. Dá bhrí sin, tá tábhacht mhór ag baint le feabhas a chur ar airíonna íseal-teocht cadhnraí litiam-ian.

Fachtóirí a chuireann srian le feidhmíocht íseal-teocht cadhnraí litiam-ian

• I dtimpeallachtaí teocht íseal, méadaíonn slaodacht an leictrilít agus fiú solidifies go páirteach, rud a fhágann go laghdaítear seoltacht cadhnraí litiam-ian.
• In olcas ar an gcomhoiriúnacht idir leictrilít, leictreoid diúltach, agus deighilteoir i dtimpeallachtaí teocht íseal.
• Faoi choinníollacha teochta íseal, taithííonn an leictreoid dhiúltach de chadhnraí litiam-ian deascadh litiam dian, agus imoibríonn an litiam miotail deasctha leis an leictrilít, agus mar thoradh air sin déantar táirgí a thaisceadh a mhéadaíonn tiús an chomhéadain leictrilít soladach-stáit (SEI).
• I dtimpeallachtaí íseal-teocht, laghdaítear an córas idirleathadh taobh istigh d'ábhar gníomhach cadhnraí litiam-ian, agus méadaíonn an impedance aistrithe muirear (Rct) go suntasach.

Plé ar fhachtóirí a théann i bhfeidhm ar fheidhmíocht íseal-teocht cadhnraí litiam-ian

Dearcadh na saineolaithe 1: Tá an tionchar is mó ag electrolyte ar fheidhmíocht íseal-teocht cadhnraí litiam-ian, agus tá tionchar suntasach ag comhdhéanamh agus airíonna fisiciceimiceacha an leictrilít ar fheidhmíocht íseal-teocht na ceallraí. Is í an fhadhb atá le sárú ag rothaíocht cadhnraí ag teocht íseal ná go n-ardóidh slaodacht an leictrilít, go dtiocfaidh moilliú ar an luas seoltachta ian, rud a fhágann go mbeidh neamhréir i luas imirce leictreon an chuaird sheachtraigh, rud a fhágann go mbeidh polarú mór ar an gceallraí agus laghdú géar ar chumas urscaoilte muirir. Go háirithe nuair a bhíonn tú ag muirearú ag teocht íseal, is féidir le hiain litiam dendrites litiam a fhoirmiú go héasca ar an dromchla leictreoid diúltach, rud a fhágann go bhfuil teip ceallraí ann.

Tá dlúthbhaint ag feidhmíocht íseal-teocht electrolytes le seoltacht an leictrilít féin. Leictrilítí le hiain iompair ard seoltachta go tapa agus is féidir leo toilleadh níos mó a fheidhmiú ag teochtaí ísle. Dá mhéad salainn litiam sa dícheangal leictrilít, is amhlaidh is mó a aistríonn siad agus is airde a seoltacht. Dá airde an seoltacht agus an níos tapúla an ráta seoltachta ian, is lú an polarú, agus is amhlaidh is fearr feidhmíocht na ceallraí ag teocht íseal. Dá bhrí sin, tá seoltacht ard mar choinníoll riachtanach chun dea-fheidhmíocht íseal-teocht cadhnraí litiam-ian a bhaint amach.

Baineann seoltacht an leictrilít lena chomhdhéanamh, agus tá laghdú ar shlaodacht an tuaslagóra ar cheann de na bealaí chun seoltacht an leictrilít a fheabhsú. Is ráthaíocht é an dea-sreabhadh tuaslagóirí ag teochtaí íseal d'iompar ian, agus tá an scannán leictrilít soladach arna fhoirmiú ag an leictrilít ar an leictreoid dhiúltach ag teocht íseal ina phríomhfhachtóir freisin a dhéanann difear do sheoladh ian litiam, agus is é RSEI an príomh-impedance de litiam-. cadhnraí ian i dtimpeallachtaí íseal-teocht.

Saineolaí 2: Is é an príomhfhachtóir a chuireann srian le feidhmíocht teocht íseal cadhnraí litiam-ian ná an bac idirleata Li + atá ag méadú go tapa ag teochtaí ísle, seachas seicní SEI.

Saintréithe teocht íseal na n-ábhar leictreoid dhearfach do chadhnraí litiam-ian

1. Saintréithe teocht íseal na n-ábhar leictreoid dhearfach cisealta

Is é struchtúr sraithe, le feidhmíocht ráta gan sárú i gcomparáid le bealaí idirleata litiam-ian aontoiseach agus cobhsaíocht struchtúrach bealaí tríthoiseach, an t-ábhar catóide is luaithe atá ar fáil go tráchtála do chadhnraí litiam-ian. Áirítear ar a shubstaintí ionadaíocha LiCoO2, Li (Co1-xNix) O2, agus Li (Ni, Co, Mn) O2.
Dúirt Xie Xiaohua et al. tástáil ar shaintréithe muirir agus urscaoilte íseal-teocht LiCoO2/MCMB mar ábhar taighde.
Léiríonn na torthaí, de réir mar a laghdaíonn an teocht, go laghdaítear an t-ardchlár urscaoilte ó 3.762V (0 ℃) go 3.207V (-30 ℃); Tá laghdú mór tagtha ar chumas iomlán na ceallraí freisin ó 78.98mA · h (0 ℃) go 68.55mA · h (-30 ℃).

2. Saintréithe teocht íseal na n-ábhar leictreoid dhearfach struchtúr spinel

Tá na buntáistí a bhaineann le costas íseal agus neamh-tocsaineacht ag an ábhar catóide LiMn2O4 struchtúrtha spinel mar gheall ar a easpa eilimint Co.
Mar sin féin, tá éagobhsaíocht struchtúrach agus droch-inchúlaitheacht na comhpháirte seo mar thoradh ar staideanna athraitheacha valence Mn agus éifeacht Jahn Teller de Mn3+.
Dúirt Peng Zhengshun et al. chuir sé in iúl go bhfuil tionchar mór ag modhanna éagsúla ullmhúcháin ar fheidhmíocht leictriceimiceach ábhar catóide LiMn2O4. Tóg Rct mar shampla: tá an Rct de LiMn2O4 sintéiseithe trí mhodh céim soladach ard-teocht i bhfad níos airde ná an modh sintéiseithe trí mhodh glóthach sol, agus léirítear an feiniméan seo freisin sa chomhéifeacht idirleata ian litiam. Is é an chúis is mó leis seo ná go bhfuil tionchar mór ag modhanna sintéise éagsúla ar chriostalacht agus ar mhoirfeolaíocht na dtáirgí.

3. Saintréithe teocht íseal na n-ábhar leictreoid dhearfach an chórais fosfáit

Tá LiFePO4, mar aon le hábhair thrínártha, tar éis éirí mar phríomhábhar catóide do chadhnraí cumhachta mar gheall ar a chobhsaíocht agus a sábháilteacht toirte den scoth. Tá droch-fheidhmíocht teocht íseal fosfáit iarainn Litiam go príomha toisc go bhfuil a ábhar féin inslitheoir, le seoltacht leictreonach íseal, idirleathadh ian litiam bocht, agus seoltacht bocht ag teocht íseal, rud a mhéadaíonn friotaíocht inmheánach na ceallraí, go mór tionchar ar an polarú, agus cuireann sé bac ar mhuirearú agus urscaoileadh na ceallraí. Dá bhrí sin, níl an fheidhmíocht teocht íseal idéalach.
Gu Yijie et al. fuarthas amach go laghdaigh éifeachtacht Coulombic LiFePO4 ó 100% ag 55 ℃ go 96% ag 0 ℃ agus 64% ag -20 ℃, faoi seach, nuair a bhí sé ag déanamh staidéir ar a iompar urscaoilte muirir ag teocht íseal; Laghdaíonn an voltas urscaoilte ó 3.11V ag 55 ℃ go 2.62V ag -20 ℃.
Tá Xing et al. úsáid nanacharbóin chun LiFePO4 a mhodhnú agus fuarthas amach gur laghdaigh cur le gníomhairí seoltacha nanacharbóin íogaireacht fheidhmíocht leictriceimiceach LiFePO4 go teocht agus gur fheabhsaigh sé a fheidhmíocht ísealteochta; Laghdaigh an voltas urscaoilte de LiFePO4 modhnaithe ó 3.40V ag 25 ℃ go 3.09V ag -25 ℃, le laghdú de ach 9.12%; Agus is é a éifeachtacht ceallraí 57.3% ag -25 ℃, níos airde ná 53.4% ​​gan gníomhairí seoltaí nana-charbóin.
Le déanaí, tá LiMnPO4 tar éis suim láidir a mhúscailt i measc daoine. Fuair ​​​​taighde amach go bhfuil buntáistí ag LiMnPO4 mar ardacmhainneacht (4.1V), gan aon truailliú, praghas íseal, agus cumas sonrach mór (170mAh / g). Mar sin féin, toisc go bhfuil seoltacht ianach níos ísle ag LiMnPO4 ná LiFePO4, is minic a úsáidtear é go praiticiúil chun Mn a athsholáthar go páirteach le Fe chun réiteach soladach LiMn0.8Fe0.2PO4 a fhoirmiú.

Saintréithe teocht íseal na n-ábhar leictreoid diúltach do chadhnraí litiam-ian

I gcomparáid le hábhair leictreoid dhearfacha, tá an meath ar theocht íseal na n-ábhar leictreoid diúltach i gcadhnraí litiam-ian níos déine, go príomha mar gheall ar na trí chúis seo a leanas:

• Le linn teocht íseal agus ráta ard a mhuirearú agus a urscaoileadh, tá an polarú ceallraí dian, agus tá cuid mhór de thaisceadh miotail litiam ar an dromchla leictreoid diúltach, agus go ginearálta níl seoltacht ag na táirgí imoibrithe idir miotail litiam agus leictrilít;
• Ó thaobh teirmidinimiciúil, tá líon mór grúpaí polacha ar nós C-O agus C-N ag an leictrilít, ar féidir leo imoibriú le hábhair leictreoid diúltacha, rud a fhágann go bhfuil scannáin SEI níos so-ghabhálaí do theocht íseal;
• Tá sé deacair litiam a neadú i leictreoidí diúltacha carbóin ag teocht íseal, rud a fhágann go bhfuil muirearú agus urscaoileadh neamhshiméadrach ann.

Taighde ar Leictrilítí Teocht Íseal

Tá ról ag electrolyte i gcadhnraí litiam-ian Li + a tharchur, agus tá tionchar suntasach ag a seoltacht ian agus feidhmíocht foirmithe scannáin SEI ar fheidhmíocht íseal-teocht na ceallraí. Tá trí phríomhtháscairí ann chun cáilíocht an leictrilít íseal-teocht a mheas: seoltacht ian, fuinneog leictriceimiceach, agus gníomhaíocht imoibrithe leictreoid. Braitheann leibhéal na dtrí tháscaire seo go mór ar a gcomhábhair: tuaslagóirí, leictrilítí (salainn litiam), agus breiseáin. Dá bhrí sin, tá tábhacht mhór ag baint le staidéar a dhéanamh ar fheidhmíocht íseal-teocht na gcodanna éagsúla den leictrilít chun feidhmíocht íseal-teocht na gcadhnraí a thuiscint agus a fheabhsú.

• I gcomparáid le carbónáití slabhra, tá struchtúr dlúth, ardfhórsa, leáphointe agus slaodacht ard ag electrolytes CE-bhunaithe. Mar sin féin, is minic a bhíonn tairiseach mór tréleictreach mar thoradh ar an bpolasacht mhór a chruthaíonn an struchtúr ciorclach. Coscann tairiseach tréleictreach ard, seoltacht ard ianach, agus feidhmíocht scannán-fhoirmithe den scoth tuaslagóirí CE go héifeachtach le comhchur isteach móilíní tuaslagóirí, rud a fhágann go bhfuil siad fíor-riachtanach. Mar sin, tá na córais leictrilít íseal-teocht is coitianta a úsáidtear bunaithe ar CE agus measctha le tuaslagóirí móilíní beaga leáphointe íseal.
• 
  
• Is comhpháirt thábhachtach de electrolytes iad salainn litiam. Ní hamháin gur féidir le salainn litiam i leictrilítí seoltacht ianach an tuaslagáin a fheabhsú, ach freisin an t-achar idirleata de Li + sa tuaslagán a laghdú. Go ginearálta, dá airde an tiúchan de Li+ i dtuaslagán, is ea is mó a seoltacht ianach. Mar sin féin, níl comhghaolú líneach idir tiúchan na n-ian litiam sa leictrilít le tiúchan salainn litiam, ach i gcruth parabolic. Tá sé seo toisc go mbraitheann tiúchan na n-ian litiam sa tuaslagóir ar neart díthiomsaithe agus comhlachais salainn litiam sa tuaslagóir.

Chomh maith leis an gcomhdhéanamh ceallraí féin, is féidir le fachtóirí próisis in oibriú praiticiúil tionchar suntasach a bheith acu ar fheidhmíocht ceallraí freisin.

(1) Próiseas ullmhúcháin. Tá Yaqub et al. staidéar ar éifeachtaí ualach leictreoid agus tiús sciath ar fheidhmíocht íseal-teocht cadhnraí LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2/Graphite agus fuarthas amach i dtéarmaí coinneála toilleadh, dá lú an t-ualach leictreoid, an níos tanaí an ciseal sciath, agus is amhlaidh is fearr a fheidhmíocht íseal-teocht.

(2) Stádas a mhuirearú agus a urscaoileadh. Tá Petzl et al. staidéar ar éifeacht na gcoinníollacha muirir agus urscaoilte íseal-teocht ar shaolré timthriall na gcadhnraí agus fuarthas amach, nuair a bhíonn an doimhneacht urscaoilte mór, go mbeidh sé ina chúis le caillteanas suntasach cumais agus go laghdóidh sé an saolré timthriall.

(3) Fachtóirí eile. Bíonn tionchar ag an achar dromchla, méid pore, dlús leictreoid, fliuchtacht idir leictreoid agus leictrilít, agus deighilteoir leictreoidí ar fheidhmíocht íseal-teocht cadhnraí litiam-ian. Ina theannta sin, ní féidir neamhaird a dhéanamh ar thionchar lochtanna in ábhair agus próisis ar fheidhmíocht íseal-teocht na gcadhnraí.

Achoimre

Chun feidhmíocht íseal-teocht cadhnraí litiam-ian a chinntiú, is gá na nithe seo a leanas a dhéanamh:

(1) Scannán tanaí agus dlúth SEI a fhoirmiú;

(2) A áirithiú go bhfuil comhéifeacht idirleathadh mór ag Li+ sa tsubstaint ghníomhach;

(3) Tá seoltacht ard ianach ag leictreailítí ag teocht íseal.

Ina theannta sin, is féidir le taighde bealaí nua a iniúchadh freisin agus díriú ar chineál eile ceallraí litiam-ian - gach cadhnraí litiam-ian soladach-stáit. I gcomparáid le cadhnraí litiam-ian traidisiúnta, táthar ag súil go ndéanfaidh gach cadhnraí litiam-ian soladach-stáit, go háirithe gach cadhnraí litiam-ian scannáin tanaí soladach, réiteach iomlán ar dhíghrádú acmhainne agus ar shábháilteacht rothaíochta na gcadhnraí a úsáidtear ag teocht íseal.