Tác động của việc sạc ở nhiệt độ thấp đối với pin lithium là không thể đảo ngược

Việc sạc hoặc xả pin ở nhiệt độ thấp sẽ gây ra những hư hỏng không thể phục hồi cho pin, gây giảm dung lượng và gây ra những rủi ro nghiêm trọng về an toàn. Việc bảo quản trong thời gian dài ở nhiệt độ cực thấp (-20 độ ) cũng sẽ gây ra hư hỏng không thể phục hồi cho pin và giảm dung lượng của pin.

1. Toàn bộ quá trình sạc pin lithium-ion ở nhiệt độ thấp

Giai đoạn tích cực của pin lithium-ion thường là ternary (NCM), pin lithium sắt photphat (LFP) và pin lithium coban oxit (LCO), và điện cực âm là than chì (Gr). Khi pin đang được sạc, các ion lithium di chuyển từ hằng số mạng dương qua màng điện phân của pin lithium đến điện cực âm và được đặt trong lớp rắn than chì. Khi sạc và phóng điện, có thể hiểu là nó đi ra khỏi lớp rắn của điện cực âm than chì rồi trở về hằng số mạng dương.

Khi nhiệt độ của cấu trúc pin lithium-ion và quá trình sạc và xả thấp, hiệu suất chuyển động phân tử giảm, toàn bộ tốc độ phản ứng và quá trình truyền vật liệu sẽ chậm lại, do đó, sự chậm lại rõ ràng nhất ở pin là lithium- ion/ Sự vận chuyển của các phân tử lithium trong lớp rắn than chì (điện cực âm) và hằng số mạng bậc dương. Vì vậy có rất nhiều lithium lắng đọng ở giai đoạn điện và trang điện phân của pin lithium. Khi pin đang được sạc, các ion lithium không thể bị nén vào lớp than chì và sẽ đọng lại trên bề mặt điện cực âm, biến thành lithium kim loại và tích tụ thành các sợi nhánh lithium. Trong quá trình sạc và xả, các ion lithium bị nén trên bề mặt của hằng số mạng giai đoạn dương, điều này có thể dễ dàng khiến giai đoạn dương bị nứt.

2. Sạc pin ở nhiệt độ thấp gây ra kết tủa lithium, dẫn đến rủi ro an toàn rõ ràng

Quá trình phát triển của sợi nhánh lithium: Khi sạc pin thông thường, các ion lithium đi vào lớp than chì rắn một cách có trật tự, gây ra phản ứng xen kẽ. Tuy nhiên, khi sạc pin ở nhiệt độ thấp, các ion lithium không thể ép vào lớp than chì và sẽ luôn bị thiết bị điện tử trên bề mặt điện cực âm hấp thụ và trở thành lithium kim loại, dẫn đến phản ứng chuyển đổi (chênh lệch tiềm năng phản ứng là thấp hơn phản ứng xen kẽ, có thể hiểu là khó xảy ra hơn, tuy nhiên các chất trong phản ứng xen kẽ khó lan rộng khiến phản ứng chuyển hóa dễ xảy ra ở nhiệt độ thấp) và tích tụ thành các sợi nhánh lithium. Như tất cả chúng ta đã học trong môn hóa học lớp chín, lithium kim loại rất dễ phản ứng và có thể phản ứng ngay lập tức với chất điện phân của pin lithium. Các thành phần hóa học thu được cũng không thể đảo ngược được, gây mất công suất. Ngoài ra, lithium kim loại tiếp tục sinh trưởng và phát triển, rất dễ làm thủng màng ngăn và nối với cực dương, gây chập mạch bên trong và dễ gây ra tai nạn an toàn nghiêm trọng hơn.

3. Sạc và xả ở nhiệt độ thấp gây ra hiện tượng nứt các hạt cấp dương

Trong quá trình sạc và xả ở nhiệt độ thấp, các ion lithium bị nén trên bề mặt của hằng số mạng mức dương, điều này có thể dễ dàng dẫn đến sự nứt vỡ của các hạt hoạt động ở mức dương. Một mặt gây thiệt hại cho nguyên liệu thô năng lượng dương, gây thiệt hại về công suất. Ngoài ra, sự kết tủa của các nguyên tố hóa học dư thừa ở điện cực dương sẽ được chuyển lên bề mặt điện cực âm và chuyển hóa thành các hạt kim loại, gây ra sự hình thành tích tụ lithium.

4. Bảo quản ở nhiệt độ thấp làm giảm dung lượng pin

Gần đây, một số nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng pin chỉ được bảo quản ở nhiệt độ thấp trong 48 giờ, sau đó đặt ở nhiệt độ phòng để nghỉ, sau đó kiểm tra dung lượng. Người ta nhận thấy, đối với pin ngâm ở nhiệt độ cao trong thời gian dài, dung lượng sẽ giảm 3,2% khi sạc ở tốc độ nhỏ (sạc chậm), nhưng khi sạc ở tốc độ lớn (sạc nhanh) thì dung lượng sẽ bị giảm. giảm 6%.

Các yếu tố dẫn đến suy giảm năng lực là:

1) Nhiệt độ thấp làm trầm trọng thêm vết nứt của giai đoạn tích cực.

2) Nhiệt độ thấp có khả năng làm cho các hạt cấp dương quay, do đó khiến chúng tách ra khỏi chất kết dính và mất hoạt tính xúc tác quang điện.