Die Niedertemperaturleistung von Lithiumbatterien bricht weiter durch und hat keine Angst vor kaltem Wetter

Leitfaden: Die Kapazität von Lithiumbatterien muss aufgrund des kalten Wetters reduziert werden. Sie scheinen in den Winterschlaf zu geraten, was die Benutzer neuer Energiefahrzeuge und digitaler Produkte stört. Das Thema, das in diesem Artikel heute von Interesse ist, ist der Einfluss niedriger Temperaturen auf Lithiumbatterien und der Fortschritt der Forschung und Entwicklung in der Industrie.

Lithiumbatterien haben am meisten Angst vor niedrigen Temperaturen?

In einem Test der American Automobile Association hat ein Elektroauto eine Reichweite von 105 Meilen (ca. 169 Kilometer) bei 75 Grad Fahrenheit (ca. 24 Grad Celsius) und fällt ab, wenn es 20 Grad Fahrenheit (ca. 7 Grad Celsius) beträgt 69 Meilen (43 Meilen) - ein Rückgang von bis zu 60%. Die Batterie hat einige Ähnlichkeiten mit Menschen. Nachdem das Klima kalt geworden ist, ist es nicht mehr so aktiv. Bleibatterien, Lithiumbatterien und Brennstoffzellen sind alle von niedrigen Temperaturen betroffen, jedoch nur in unterschiedlichem Maße.

Nehmen Sie als Beispiel die Lithium-Eisenphosphat-Batterie, die in Elektrobussen am häufigsten verwendet wird. Die Batterie hat eine hohe Sicherheit und eine lange Lebensdauer, aber die Leistung bei niedrigen Temperaturen ist etwas schlechter als bei anderen technischen Systemen. Die niedrige Temperatur beeinflusst sowohl die positiven als auch die negativen Elektroden von Lithiumeisenphosphat, dem Elektrolyten und dem Bindemittel. Beispielsweise weist die positive Lithiumeisenphosphat-Elektrode selbst eine relativ schlechte elektronische Leitfähigkeit auf und neigt in einer Umgebung mit niedriger Temperatur zur Polarisation, wodurch die Batteriekapazität verringert wird; Aufgrund der niedrigen Temperatur wird die Einfügungsrate von Graphitlithium verringert, und es ist leicht, metallisches Lithium auf der Oberfläche der negativen Elektrode auszufällen. Wenn die Ladezeit nicht ausreicht, kann das Metalllithium bei Verwendung nicht vollständig eingebettet werden im Graphit, und auf der Oberfläche der negativen Elektrode befindet sich weiterhin etwas Metalllithium, das wahrscheinlich Lithiumdendriten bildet, was die Sicherheit der Batterie beeinträchtigt. Bei niedrigen Temperaturen steigt die Viskosität des Elektrolyten an und es folgt auch der Migrationswiderstand der Lithiumionen. Darüber hinaus ist bei der Herstellung von Lithiumeisenphosphat der Klebstoff ebenfalls ein sehr kritischer Faktor, und die niedrige Temperatur hat auch einen großen Einfluss auf die Leistung des Klebstoffs.

Das gleiche ist eine Lithiumbatterie. Die Lithiumtitanat-Batterie ist hinsichtlich der Beständigkeit gegen niedrige Temperaturen überlegen. Das Lithiumtitanat-negative Elektrodenmaterial der Spinellstruktur hat ein Lithiumeinfügungspotential von etwa 1,5 V und bildet keine Lithiumdendriten, und die Volumendehnung beträgt während des Ladens und Entladens weniger als 1%. Der Lithiumtitanat-Akku in Nanogröße kann mit hohem Strom geladen und entladen werden. Er erreicht ein schnelles Laden bei niedrigen Temperaturen und gewährleistet gleichzeitig die Haltbarkeit und Sicherheit des Akkus. Zum Beispiel hat Yinlong New Energy, das auf Lithiumtitanat-Batterien spezialisiert ist, eine normale Lade- und Entladekapazität von -50-60 ° C.

Obwohl Lithium-Ionen-Batterien mit Graphit als negativer Elektrode bei -40 ° C entladen werden können, ist es schwierig, eine konventionelle Strombeladung bei -20 ° C und darunter zu erreichen, ein Bereich, den die Industrie aktiv erforscht.

Die Erforschung von niedertemperaturbeständigen Lithiumbatterien durch die Industrie

Industrieunternehmen und Forschungsinstitute haben die Niedertemperaturleistung von Batterien untersucht und in Angriff genommen. Dabei haben sie sich auf die Verbesserung vorhandener positiver und negativer Materialien konzentriert und Bedingungen geschaffen, unter denen die Batterie bei niedrigen Temperaturen arbeiten kann, indem die lokale Umgebungstemperatur der Batterie erhöht wird.

Das aktuelle Batteriematerial beeinflusst die Niedertemperatureigenschaften der Batterie in Bezug auf Nanometerisierung, Partikelgröße, elektrischen Widerstand und axiale Länge der AB-Ebene. Waterma stellt Lithiumeisenphosphatmaterial nach drei Verfahren her und nanometerisiert und beschichtet es nach verschiedenen Verfahren. Die Ergebnisse zeigen, dass die Zunahme der Länge der AB-Ebene den Lithiumionen-Migrationskanal größer macht, was vorteilhaft ist, um die Vergrößerung der Batterie zu erhöhen. Performance; Aus den durch die drei Verfahren hergestellten Materialien weist der körnige Graphit mit großem Zwischenschichtabstand eine geringe Volumenimpedanz und einen geringen Ionenmigrationswiderstand auf. In Bezug auf den Elektrolyten verwendet Watmar Niedertemperaturadditive auf der Basis von festen Lösungsmittelsystemen und Lithiumsalzen. Die Entladekapazität stieg von 85% auf 90%. Es versteht sich, dass Waterma bereits Ende 2016 eine Umgebung von -20, -30, -40 ° C und 0,5 ° C erreicht hat, wobei ein konstantes Ladeverhältnis von 62,9% bei -20 ° C und 94% geladen wird. Gegenwärtig ist die niedertemperaturbatterie von Waterma in der Inneren Mongolei, den drei nordöstlichen Provinzen und anderen Regionen weit verbreitet.

Am 31. August gab ein Forschungsteam wie das Beijing Institute of Technology die erfolgreiche Entwicklung eines Vollklimabatterieprodukts bekannt. Der Techniker verwendet das Prinzip der elektrischen Erwärmung des Drahtes, um eine Nickelfolie auf dem Batteriekern anzubringen, und die Nickelfolie wird zur Erzeugung von Wärme erregt, so dass die Innentemperatur der Batterie steigt. Nach Erreichen einer bestimmten Temperatur wird die Folie automatisch abgeklemmt, um die Batteriesicherheit zu gewährleisten. Es versteht sich, dass in der experimentellen Umgebung von -30 ° C die Batterie, die diese Technologie verwendet, sich in 30 Sekunden schnell auf 0 ° C erwärmen kann, die Entladeleistung um mehr als das 6-fache erhöht wird und die Ladeleistung um mehr erhöht wird als 10 mal. Das relevante Personal des Teams sagte, dass die Technologie die ursprüngliche Struktur der Batterie nicht verändert und die Transformationskosten extrem niedrig sind, was für verschiedene Batterietypen wie Blei-Säure-Batterien und lithium-batterien geeignet ist. Laut Battery China.com wird das Vollklima-Elektrofahrzeug, das diese Technologie einsetzt, Ende Dezember 2017 veröffentlicht. Es wird erwartet, dass die Entwicklung von 11 Modellen von vier Modellen im Jahr 2020 abgeschlossen sein und der Demonstrationsbetrieb beginnen wird.

Medienberichten zufolge gewann die "All-Climatic Lithium Battery" unter der Leitung von Dr. Wang Lei vom Xinjiang Institut für Physik und Chemie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften beim "Creator China" -Wettbewerb für Innovation und Unternehmertum in Xinjiang am 20. September die erster Preis der Maker Group. Die Lithiumbatterie kann in einer Umgebung von -40 ° C bis 60 ° C stabil arbeiten. Derzeit hat das Team Produkttests unter verschiedenen Hoch- und Niedertemperaturbedingungen abgeschlossen und wird in die Produktionsphase kommerzieller Produkte eintreten.

Am 19. September 2017 wurden in Baotou, Innere Mongolei, offiziell 70 12-Meter-Gas-Elektro-Hybridbusse mit Mikro-Makro-MpCO-Lithiumbatterien auf den Markt gebracht. Die niedrigste Temperatur in der Region liegt unter -30 ° C, die höchste Temperatur kann 39 ° C erreichen, und Baotou verwendet ein Mikro-Makro-Schnellladebatteriesystem, das die hervorragende Umweltanpassungsfähigkeit von Mikro-Makro-Schnellladebatterien berücksichtigt.

Shandong Weineng ist ein High-Tech-Unternehmen, das sich auf Forschung und Entwicklung sowie die Herstellung von militärischen Niedertemperatur-Lithium-Eisenphosphat-Batterien spezialisiert hat. Es hat einen großen Durchbruch bei der Niedertemperaturleistung von Lithiumeisenphosphatbatterien erzielt, die in Zusammenarbeit mit dem Institut für Chemie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften entwickelt und hergestellt wurden. Es kann die Nennkapazität bei einer niedrigen Temperatur von -40 ° C um mehr als 90% freigeben.

Darüber hinaus kann der Akku von Penghui Energy in einer Umgebung mit -20 bis 60 ° C verwendet werden, ohne dass ein Heiz- und Kühlsystem erforderlich ist. Der neue ternäre Niedertemperaturwiderstand von Thornton wurde erheblich verbessert. Die Batterie kann normalerweise bei -20 ° C entladen werden und erfüllt die Anforderungen vieler Fahrzeughersteller.

Warum erfordert das Laden mehr Temperatur als das Entladen?

Sorgfältige Leser stellen möglicherweise fest, dass die Batterieprodukte vieler Unternehmen bei niedrigen Temperaturen eine normale Entladung erreichen können. Bei derselben Temperatur ist es jedoch schwieriger, eine normale Aufladung zu erreichen, oder sie können sogar nicht aufgeladen werden. Warum?

Branchenkennern zufolge muss Li +, wenn es in Graphitmaterial eingebettet ist, zuerst desolvatisiert werden. Dieser Prozess verbraucht eine bestimmte Energiemenge, die die Diffusion von Li + in den Graphit behindert. Im Gegenteil, Li + hat eine Solvatation, wenn es aus dem Graphitmaterial austritt und in die Lösung eintritt. Während die Solvatisierung keine Energie verbraucht, kann Li + schnell Graphit extrahieren. Daher ist die Ladungsakzeptanz des Graphitmaterials der Entladungsakzeptanzfähigkeit erheblich unterlegen.

Das Laden des Akkus birgt in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen ein gewisses Risiko. Da sich die Kinetik der Graphitanode mit abnehmender Temperatur verschlechtert, wird die elektrochemische Polarisation der Anode während des Ladevorgangs offensichtlich verstärkt, und das ausgefällte Metall Lithium bildet leicht Lithiumdendriten, die den Separator durchbrechen und einen Kurzschluss zwischen dem Positiv verursachen und negative Elektroden. .

Daher schlagen die Leute in der Industrie vor, Lithium-Ionen-Batterien bei niedrigen Temperaturen zu vermeiden. Wenn der Akku bei einer niedrigen Temperatur geladen werden muss, muss ein kleiner Strom (dh eine langsame Ladung) zum Laden des Lithium-Ionen-Akkus ausgewählt und der Lithium-Ionen-Akku nach dem Laden vollständig aufgeladen werden, um sicherzustellen, dass das Lithiummetall durch ausfällt Die negative Elektrode kann mit dem Graphit reagieren. , wieder in das Innere der negativen Graphitelektrode eingebettet.

Natürlich hat die Lithiumtitanat-Batterie den Materialvorteil. Es kann immer noch schnelles Laden bei niedriger Temperatur erreichen, diese Art von launischer Batterie aus anderem Material ist schwer zu erlernen.

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