Tại sao dung lượng của pin lithium lại thấp hơn vào mùa đông?

Pin lithium-ion đã được sử dụng rộng rãi vì tuổi thọ cao, dung lượng riêng lớn và không có hiệu ứng bộ nhớ kể từ khi chúng được đưa vào thị trường. Việc sử dụng pin lithium-ion ở nhiệt độ thấp có các vấn đề như công suất thấp, suy giảm nghiêm trọng, hiệu suất tốc độ chu kỳ kém, kết tủa lithium rõ ràng và khử xen kẽ lithium không cân bằng. Tuy nhiên, với sự mở rộng liên tục của các lĩnh vực ứng dụng, những hạn chế do hiệu suất kém ở nhiệt độ thấp của pin lithium-ion ngày càng trở nên rõ ràng hơn.

Theo báo cáo, công suất xả của pin lithium-ion ở mức -20 chỉ bằng khoảng 31,5% so với ở nhiệt độ phòng. Nhiệt độ hoạt động của pin lithium-ion truyền thống là từ -20 đến cộng 55 độ. Tuy nhiên, trong ngành hàng không vũ trụ, công nghiệp quân sự, xe điện và các lĩnh vực khác, pin bắt buộc phải hoạt động bình thường ở -40 độ . Vì vậy, việc cải thiện tính chất nhiệt độ thấp của pin lithium-ion có ý nghĩa rất lớn.

Các yếu tố hạn chế hiệu suất nhiệt độ thấp của pin lithium-ion

Trong môi trường nhiệt độ thấp, độ nhớt của chất điện phân tăng lên và thậm chí đông cứng lại một phần, dẫn đến độ dẫn điện của pin lithium-ion giảm.

Trong môi trường nhiệt độ thấp, khả năng tương thích giữa chất điện phân, điện cực âm và thiết bị phân tách trở nên kém.

Lithium bị kết tủa nghiêm trọng từ điện cực âm của pin lithium-ion trong môi trường nhiệt độ thấp và lithium kim loại kết tủa phản ứng với chất điện phân và sự lắng đọng sản phẩm của nó dẫn đến sự gia tăng độ dày của giao diện điện phân rắn (SEI) .

Trong môi trường nhiệt độ thấp, hệ thống khuếch tán của pin lithium-ion trong vật liệu hoạt động giảm đi và điện trở truyền điện tích (Rct) tăng lên đáng kể.

Thảo luận về các yếu tố quyết định ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt độ thấp của pin Li-ion

Ý kiến ​​chuyên gia 1: Chất điện phân có tác động lớn nhất đến hiệu suất ở nhiệt độ thấp của pin lithium-ion, thành phần và tính chất vật lý và hóa học của chất điện phân có tác động quan trọng đến hiệu suất ở nhiệt độ thấp của pin. Vấn đề mà chu kỳ pin gặp phải ở nhiệt độ thấp là: độ nhớt của chất điện phân sẽ tăng lên, tốc độ dẫn ion sẽ chậm lại và tốc độ di chuyển electron của mạch ngoài sẽ không khớp. Vì vậy, pin sẽ bị phân cực nghiêm trọng và khả năng sạc, xả sẽ giảm mạnh. Đặc biệt khi sạc ở nhiệt độ thấp, các ion lithium có thể dễ dàng hình thành các sợi nhánh lithium trên bề mặt điện cực âm, dẫn đến hỏng pin.

Hiệu suất ở nhiệt độ thấp của chất điện phân có liên quan chặt chẽ đến độ dẫn điện của chất điện phân. Chất điện phân có độ dẫn điện cao có thể truyền ion nhanh hơn và có thể phát huy công suất cao hơn ở nhiệt độ thấp. Muối lithium càng phân ly trong chất điện phân thì số lượng di chuyển càng nhiều và độ dẫn điện càng cao. Độ dẫn điện càng cao, tốc độ dẫn ion càng nhanh, độ phân cực càng nhỏ và hiệu suất của pin ở nhiệt độ thấp càng tốt. Do đó, độ dẫn điện cao hơn là điều kiện cần thiết để đạt được hiệu suất tốt ở nhiệt độ thấp của pin lithium-ion.

Độ dẫn điện của chất điện phân có liên quan đến thành phần của chất điện phân và việc giảm độ nhớt của dung môi là một trong những cách để tăng độ dẫn điện của chất điện phân. Dung môi Tính lưu động tốt của dung môi ở nhiệt độ thấp là sự đảm bảo cho sự vận chuyển ion và màng điện phân rắn được hình thành bởi chất điện phân trên điện cực âm ở nhiệt độ thấp cũng là chìa khóa cho sự dẫn truyền của các ion lithium và RSEI là trở kháng chính pin lithium-ion trong môi trường nhiệt độ thấp.

Chuyên gia 2: Yếu tố chính hạn chế hiệu suất ở nhiệt độ thấp của pin lithium-ion là Li cộng với khả năng chống khuếch tán ở nhiệt độ thấp tăng mạnh chứ không phải màng SEI.

Đặc tính nhiệt độ thấp của vật liệu catốt cho pin lithium-ion

Tính chất nhiệt độ thấp của vật liệu catốt phân lớp

Cấu trúc phân lớp, không chỉ có hiệu suất tốc độ không thể so sánh được của kênh khuếch tán ion lithium một chiều mà còn có độ ổn định cấu trúc của kênh ba chiều, là vật liệu cực âm của pin lithium-ion thương mại sớm nhất. Các chất đại diện của nó là LiCoO2, Li(Co1-xNix)O2 và Li(Ni, Co, Mn)O2, v.v.