Was ist die Niedertemperaturtechnologie von Lithium-Ionen-Batterien?

Was ist die Niedertemperaturtechnologie von Lithium-Ionen-Batterien? – Materialverbesserung

26 Aug 2021

EverExceed hat kürzlich eine neue Niedertemperaturtechnologie vorgestellt. Lithium-Eisenphosphat-Batterie Diese Technologie lässt sich sogar bei unter 0 °C und im Minusbereich aufladen. In einer fünfteiligen Artikelserie werden wir die Details dieser revolutionären Technologie ausführlich beschreiben. In diesem Artikel geht es um die Materialverbesserung der Lithiumbatterie für Niedertemperaturanwendungen.

Materialverbesserung:

Einführung:

In den ersten beiden Artikeln haben wir über „Leistung“ und „Prinzip“ gesprochen. In diesem Artikel wollen wir uns damit befassen, wie die Leistung bei niedrigen Temperaturen verbessert werden kann.

Bevor wir auf die Materialverbesserungen eingehen, betrachten wir zunächst den Ladevorgang von Lithium-Ionen-Akkus, der in vier Schritte unterteilt ist:

1) Lithiumionen werden aus den positiven Teilchen deinterkaliert und gelangen in den Elektrolyten.

2) Transfer von Lithiumionen im Elektrolyten

3) Lithiumionen treten über den SEI-Film mit der negativen Elektrode in Kontakt.

4) Interkalation und Diffusion von Lithiumionen in der negativen Elektrode

Der Inhalt der im Folgenden zu erörterten Materialverbesserungen wird ebenfalls Schritt für Schritt aus den oben genannten vier Punkten erweitert.

——Lithiumionen werden aus den positiven Teilchen ausgeschieden und gelangen in den Elektrolyten.

Dies ist der erste Schritt der Lithiumionenbewegung im Ladevorgang und zugleich der einfachste und widerstandsärmste der vier Schritte. Der Widerstand der Lithiumionen-Deinterkalation in der Kathode hängt hauptsächlich von der Struktur des Kathodenmaterials ab. Lithiumcobaltat besitzt eine Schichtstruktur, wodurch Lithiumionen frei von vorne, hinten, links und rechts ein- und ausgelagert werden können. Daher weist es auch bei niedrigen Temperaturen eine gute Leistung auf. Die Molekülstruktur von Lithiumcobaltat ist wie folgt dargestellt:

Im Vergleich zu geschichtetem Lithium-Cobalt-Oxid besitzt Lithium-Eisenphosphat eine Olivinstruktur. In dieser Struktur begrenzt PO₄ die Volumenänderung der Kristallstruktur, wodurch die Impedanz der Lithiumionen-Interkalation und -Deinterkalation höher ist und die Leistung bei niedrigen Temperaturen im Vergleich zu Lithium-Cobalt-Oxid geringer ausfällt.

Darüber hinaus gilt für Aktivmaterialpartikel: Je kleiner die Partikel, desto kürzer der Migrationsweg der Lithiumionen. Bei Raumtemperatur ist der Einfluss der Partikelgröße auf die Kapazität aufgrund der schnellen Diffusion der Lithiumionen nicht signifikant, bei niedrigen Temperaturen hingegen treten die Vorteile kleiner Partikel deutlich hervor. Die Vergleichsergebnisse der Kapazität von Partikeln desselben Materials bei verschiedenen Temperaturen sind wie folgt:

Lithiumionen werden mit dem geringsten Widerstand von der Kathode entfernt und gelangen ungehindert in den Elektrolyten. Im Elektrolyten hängt der Grad der Behinderung von dessen Ionenleitfähigkeit bei niedrigen Temperaturen ab. Um die Tieftemperaturleistung des Elektrolyten zu gewährleisten, muss der Anteil des hochschmelzenden Lösungsmittels EC (Schmelzpunkt 39–40 °C) reduziert werden, üblicherweise um 15–25 %. Es können auch niedrigschmelzende PCs (Schmelzpunkt -48,8 °C) hinzugefügt werden, jedoch sollten gleichzeitig filmbildende Additive beigemischt werden, um ein Ablösen der Graphitschicht durch PC zu verhindern. Das Schema ist wie folgt:

Eine hohe Ionenleitfähigkeit ist die Standardkonfiguration von Tieftemperaturelektrolyten, doch bedeutet eine hohe Ionenleitfähigkeit bei Raumtemperatur nicht zwangsläufig eine bessere Tieftemperaturleistung. Entscheidend ist die Sicherstellung der Ionenleitfähigkeit bei niedrigen Temperaturen. Diese wird durch die Dielektrizitätskonstante und die Viskosität bestimmt. Die Dielektrizitätskonstante gibt die Menge an freien Li⁺-Ionen bei gleicher Lithiumsalzkonzentration an. Je höher der Wert, desto besser. Die Viskosität beschreibt den Widerstand gegen den Li⁺-Transport. Je geringer der Widerstand, desto besser.

Abschluss:

Um den Anforderungen kalter Länder gerecht zu werden, in denen Zuverlässigkeit erforderlich ist Energiespeicherlösung Für Anwendungen im Außenbereich arbeiteten die Forschungs- und Entwicklungsingenieure von EverExceed lange an einer passenden Lösung – und so entstand die neue Technologie. Entscheiden Sie sich daher bei Ihrer Energiespeicherlösung für kalte Temperaturen für EverExceed – eine Marke, auf die Sie sich voll und ganz verlassen können.

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