Der Einsatz von Lithiumbatterien in Umgebungen mit niedrigen Batterietemperaturen ist begrenzt. Zusätzlich zu einem starken Abfall der Entladekapazität können Lithiumbatterien nicht geladen werden, wenn die Batterietemperatur niedrig ist. Wenn die Batterie bei niedriger Temperatur geladen wird, treten die Lithiumioneneinbettung auf der Graphitelektrode der Batterie und die Lithiumplattierungsreaktion gleichzeitig auf und konkurrieren miteinander. Bei niedriger Batterietemperatur wird die Diffusion von Lithiumionen im Graphit gehemmt, die Leitfähigkeit des Elektrolyten nimmt ab, was zu einer Verringerung der Interkalationsrate führt und es einfacher ist, Lithium auf der Graphitoberfläche zu plattieren. Der Hauptgrund für die Verkürzung der Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien bei Verwendung bei niedrigen Batterietemperaturen ist der Anstieg des Innenwiderstands und der Kapazitätsverlust durch die Ausfällung von Lithium-Ionen.

1, der Einfluss niedriger Temperaturen auf die Batterieentladekapazität
Mit steigender Temperatur erhöht sich die Kapazität allmählich. Die Kapazität bei -20℃ entspricht nur etwa 60 % der Kapazität bei 15℃. Neben der Kapazität sinkt mit steigender Temperatur auch die Leerlaufspannung der Batterie. Wir alle wissen, dass die in einer Batterie enthaltene Energie das Produkt aus Kapazität und Klemmenspannung ist. Wenn beide Vielfachen fallen, muss die Energie in der Batterie eine Überlagerung der abnehmenden Effekte beider sein. Wenn die Batterietemperatur niedriger ist, verringert sich die Aktivität des positiven Elektrodenmaterials, sodass die Anzahl der Lithiumionen, die sich bewegen und Entladestrom erzeugen können, verringert wird, was die Hauptursache für die Abnahme der Kapazität ist.
2, die Auswirkung niedriger Temperaturen auf den Innenwiderstand der Batterie
In jeder Ladesituation steigt der Innenwiderstand der Batterie erheblich an, wenn die Temperatur sinkt. Je geringer die Ladung, desto größer der Innenwiderstand, und dieser Trend bleibt mit der Temperatur konstant. Wenn die Temperatur der Batterie niedrig ist, wird die Diffusion und Beweglichkeit geladener Ionen in den positiven und negativen Materialien schlecht und es wird schwierig, den Passivierungsfilm zwischen der Elektrode und dem Elektrolyten zu passieren. Außerdem verringert sich die Übertragungsgeschwindigkeit im Elektrolyten und es entsteht beim Übertragungsvorgang eine große zusätzliche Wärmemenge. Nachdem Lithiumionen die negative Elektrode erreicht haben, wird die Diffusion innerhalb des negativen Materials ebenfalls nicht gleichmäßig. Während des gesamten Prozesses wird die Bewegung geladener Ionen sehr schwierig. Von außen betrachtet bedeutet dies, dass der Innenwiderstand der Zelle gestiegen ist.
3, interne Nebenreaktion der Lithium-Ionen-Batterie mit niedriger Batterietemperatur

Die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien wird bei niedrigen Batterietemperaturen erheblich beeinträchtigt, und beim Laden und Entladen von Lithium-Ionen-Batterien treten einige Nebenreaktionen auf. Bei diesen Nebenreaktionen handelt es sich hauptsächlich um irreversible Reaktionen zwischen Lithiumionen und Elektrolyt, die zu einer Verringerung der Kapazität der Lithiumbatterie und einer weiteren Verschlechterung der Batterieleistung führen. Der Verbrauch von leitfähigem Aktivmaterial führt zu einer Kapazitätsdämpfung. Angesichts des Potenzials der positiven und negativen Elektroden in der Batterie ist es wahrscheinlicher, dass diese Nebenreaktionen auf der negativen Seite als auf der positiven Seite auftreten. Da das Potenzial des negativen Elektrodenmaterials viel niedriger ist als das des positiven Elektrodenmaterials, werden die Nebenreaktionsablagerungen von Ionen und Elektrolytlösungsmitteln auf der Elektrodenoberfläche abgelagert, um den SEI-Film zu bilden. Die Impedanz des SEI-Films ist einer der Faktoren, die ein negatives Überpotential verursachen. Wenn die Batterie weiteren Zyklen ausgesetzt wird und altert, führt die durch kontinuierliche Zyklen verursachte Elektrodenausdehnung und -kontraktion aufgrund der kontinuierlichen Einbettung und Enteinbettung von Lithiumionen auf der negativen Elektrode während kontinuierlicher Zyklen zum Bruch des SEI-Films. Der Riss nach dem Bruch des SEI-Films stellt einen direkten Kontaktkanal zwischen dem Elektrolyten und der Elektrode her und bildet so einen neuen SEI-Film, um den Riss zu füllen und die Dicke des SEI-Films zu erhöhen

Stichworte :

Niedrige Batterietemperatur. Interne Nebenreaktion des Lithium-Ionen-Akkus

Lithiumbatterien in Umgebungen mit niedrigen Batterietemperaturen

Lithiumbatterien

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