Lithiumbatterien brechen bei kalten Temperaturen durch oder haben keine Angst mehr davor, dass sich Mobiltelefone im Winter ausschalten.

Das kalte Wetter, die ursprüngliche Energie voller Lithiumbatterien, die Kapazität eines Rabattes, Lithiumbatterien scheinen sich im Ruhezustand zu befinden, diese neuen Energiefahrzeuge und Benutzer digitaler Produkte brachten viel Ärger. Das heutige Thema dieses Artikels ist der Einfluss niedriger Temperaturen auf Lithiumbatterien und die Entwicklung von Forschung und Entwicklung in der Industrie.

Hat die Lithiumbatterie am meisten Angst vor niedrigen Temperaturen?

In Tests, die von der American Automobile Association durchgeführt wurden, hat ein Elektroauto eine Reichweite von 169 Kilometern bei 75 Grad Fahrenheit. Bei 20 Grad Fahrenheit (ca. 7 ° C) sinkt der Wert auf 43 Meilen (ca. 69 Kilometer) - ein Rückgang von bis zu 60%. Batterien sind Menschen etwas ähnlich. Wenn das Klima kalt wird, sind sie weniger aktiv. Bleibatterien, Lithiumzellen und Brennstoffzellen sind alle von niedrigen Temperaturen betroffen, jedoch 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 gilt für eine Lithiumbatterie. Die Lithiumtitanatbatterie ist hinsichtlich der Temperaturbeständigkeit 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 negativem Graphit bei -40 ° C entladen werden können, ist es schwierig, eine herkömmliche Strombeladung bei -20 ° C und niedrigeren Temperaturen zu erreichen. Dies ist auch ein Bereich, den die Branche aktiv erforscht.

Erforschung von Lithiumbatterien mit niedriger Temperaturbeständigkeit in der Industrie

Die Forschung und Forschungseinrichtungen in der Industrie haben sich darauf konzentriert, den Prozess der vorhandenen positiven und negativen Elektrodenmaterialien zu verbessern und Bedingungen zu schaffen, 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 Richtung Nanotechnologie, den Durchmesser des Materials, den elektrischen Widerstand und die Länge der AB-Ebenenachse. Wotema stellte Lithiumeisenphosphatmaterial nach drei Verfahren her und verwendete verschiedene Verfahren, um Nano zu verwenden und es abzudecken. Die Ergebnisse zeigten, dass die Zunahme der Länge der AB-Achse den Lithiumionen-Migrationskanal erhöhte, was zur Verbesserung der Verdopplungsleistung der Batterie beitrug; Aus dem durch die drei Verfahren hergestellten Material sind die Volumenimpedanz und die Ionentransportimpedanz von Granulatgraphit mit großem Schichtabstand relativ klein; In Bezug auf Elektrolyte verwendete Wotema Niedertemperaturadditive auf der Basis von festen Lösungsmittelsystemen und Lithiumsalzen, um die Entladekapazität von 85% auf 90% zu erhöhen. Es versteht sich, dass Wotema bereits Ende 2016 eine Umgebungstemperatur von -20, -30, -40 ° C und ein konstantes Ladeverhältnis von 0,5 ° C von 62,9%, -20 ° C erreicht hat, um eine Entladung von 94% zu erreichen. Gegenwärtig sind die kryogenen Batterien von Wotema in der Inneren Mongolei, im Nordosten Chinas und in anderen Regionen weit verbreitet.

Am 31. August gaben das Beijing Institute of Technology und andere wissenschaftliche Forschungsteams die erfolgreiche Entwicklung von All-Climate-Batterieprodukten bekannt. Techniker nutzen das Prinzip der Drahtelektrifizierung, um Wärme zu erzeugen. Auf dem Kern ist eine Nickelfolie installiert, und die Nickelfolie wird mit Energie versorgt, um Wärme zu erzeugen, wodurch die Innentemperatur der Batterie erhöht wird. Nach Erreichen einer bestimmten Temperatur wird die Folie automatisch abgeklemmt, um die Sicherheit der Batterie zu gewährleisten. Es versteht sich, dass in der experimentellen Umgebung von -30 ° C Batterien, die diese Technologie verwenden, sich in 30 Sekunden schnell auf 0 ° C oder mehr erwärmen können, die Entladeleistung um mehr als das 6-fache und die Ladeleistung um mehr als das 6-fache erhöht werden 10 mal. Das Team sagte, dass die Technologie die ursprüngliche Struktur der Batterie nicht verändert und die Umrüstkosten extrem niedrig sind, geeignet für Blei-Säure-Batterien, lithium-batterien und andere Batterietypen. Das Allwetter-Elektrofahrzeug mit dieser Technologie wird laut Battery China Ende Dezember 2017 veröffentlicht. Es wird erwartet, dass bis 2020 die Entwicklung von insgesamt 11 Produktprototypen für vier Modelle abgeschlossen und Demonstrationsarbeiten gestartet werden.

Medienberichten zufolge wurde beim "Creative China" Xinjiang Innovations- und Entrepreneurship-Wettbewerb 2017, der am 20. September endete, die "All-Climate Lithium Battery" von Dr. Wang Lei vom Xinjiang Institute of Physics and Chemistry der Chinese Academy entwickelt of Sciences gewann den ersten Preis der Creative Group. Diese Lithiumbatterie kann in einer Umgebung von -40 ° C bis 60 ° C stabil arbeiten. Gegenwärtig hat das Team die Produkttestarbeiten unter verschiedenen Hoch- und Niedertemperaturbedingungen abgeschlossen und steht kurz vor dem Eintritt in die kommerzielle Produktproduktion.

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 minimale Temperatur in dem Bereich liegt unter -30 ° C und die maximale Temperatur beträgt bis zu 39 ° C. Das Mikro-Makro-Schnellladebatteriesystem wird im Kopf des Pakets verwendet, was die hervorragende Anpassungsfähigkeit der Mikro-Makro-Schnellladebatterie an die Umwelt berücksichtigt.

Shandong WeiNeng ist ein High-Tech-Unternehmen, das sich auf die Forschung und Entwicklung sowie die Herstellung von militärischen Niedertemperatur-Eisenphosphat-Lithiumbatterien spezialisiert hat. Es hat große Durchbrüche 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 freisetzen. Mehr als 90%.

Darüber hinaus kann die Kraftzelle von Penghui Energy in einer Umgebung von -20 bis 60 ° C ohne Heiz- und Kühlsysteme eingesetzt werden. Thornton New Energy hat die Niedertemperaturleistung von Sanyuan erheblich verbessert, und der Kern kann normal bei -20 ° C entladen werden, was den Anforderungen vieler Fahrzeughersteller gerecht wird.

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 schwierig, eine normale Aufladung zu erreichen oder sogar nicht aufzuladen. Warum?

Branchenkennern zufolge ist es beim Einbetten von Li + in Graphitmaterialien zunächst erforderlich, Lösungsmittel zu verwenden. Dieser Prozess verbraucht eine bestimmte Menge an Energie und verhindert, dass Li + in Graphit diffundiert. Im Gegenteil, wenn Li + aus dem Graphitmaterial in Lösung entfernt wird, findet ein Solvatisierungsprozess statt, und die Solvatisierung verbraucht keine Energie, und Li + kann Graphit schnell entfernen. Daher ist die Lade- und Empfangsfähigkeit von Graphitmaterial offensichtlich der der Entladung unterlegen.

In einer Umgebung mit niedrigen Temperaturen besteht ein gewisses Risiko, dass der Akku aufgeladen wird. Denn mit abnehmender Temperatur haben sich die kinetischen Eigenschaften der negativen Graphitelektrode verbessert. Während des Ladevorgangs wurde die elektrochemische Polarisation der negativen Elektrode signifikant verstärkt. Der Ausfluss von metallischem Lithium bildet leicht Lithiumdendriten, dringt in die Membran ein und führt zu einem Kurzschluss der positiven und negativen Pole.

Branchenkenner empfehlen daher, 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) ausgewählt werden, um den Lithium-Ionen-Akku so weit wie möglich aufzuladen. Nach dem Laden ist der Lithium-Ionen-Akku vollständig aufgeladen Stellen Sie sicher, dass das negativ ausgefällte metallische Lithium mit Graphit reagieren kann. Wiedereinbettung in die negative Graphitelektrode.

Natürlich haben Lithiumtitanat-Batterien den Vorteil von Materialien. Es kann bei niedrigen Temperaturen immer noch schnell gefüllt werden. Diese Art von Willenskraft macht es schwierig, andere Materialbatterien zu erlernen.

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