Das Lithium-Ionen-Batteriesystem mit Vorverifizierung zeigt hohe Leistung, lange Lebensdauer und gute Leistung bei niedrigen Temperaturen!

Kürzlich verwendeten iChEM-Forscher, Professor Wangyonggang von der Fudan-Universität und sein Team eine einfache Vorlithifizierungsmethode, um das Li2V2 (PO4) 3 / LixC-Lithium-Ionen-Batteriesystem zu konstruieren, das hohe Leistung, lange Lebensdauer und gute kryogene Leistung aufweist.

In den letzten Jahren haben sich Elektrofahrzeuge, die mit Lithium-Ionen-Batterien betrieben werden, rasant entwickelt. Es ist jedoch bekannt, dass die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien mit sinkenden Temperaturen schnell abnimmt. Dies wird den Einsatz von Elektrofahrzeugen im Winter oder in einigen kalten Gebieten stark einschränken.

Die vorherigen Studien haben gezeigt, dass zusätzlich zur geringen Ionenleitfähigkeit von Elektrolyten bei niedrigen Temperaturen die Niedertemperaturleistung herkömmlicher Lithium-Ionen-Batterien auf der Basis von Graphit-Negativelektroden auch durch die Auflösung / das Lösungsmittel von Lithium-Ionen in und aus Graphit begrenzt ist bei niedrigen Temperaturen. Als Reaktion auf dieses Problem verwendete die Gruppe eine vorlithifizierte Hartkohle-Negativelektrode als Ersatz für die herkömmliche Graphit-Negativelektrode und kombinierte sie positiv mit Lithiumvanadiumphosphat (Li2V2 (PO4) 3), um ein neues Batteriesystem zu bilden.

In den letzten Jahren wurde Vorlithium-Hartkohlenstoff (Elithiatedhardcarbon) auf Hybrid-Lithiumionenkondensatoren angewendet und hat ausgezeichnete elektrochemische Eigenschaften gezeigt. Der Vorreithifizierungsprozess ist jedoch komplex und kostspielig. Es beinhaltet die Verwendung von reinen Lithiumelektroden und birgt potenzielle Sicherheitsrisiken. In dieser Studie verwendeten die Forscher geschickt den mehrstufigen Delithiumentfernungsprozess des Li3V2 (PO4) 3 -positiven Elektrodenmaterials, um die Vorlithifizierung von Hartkohlenstoff zu erreichen.

Während des ersten Ladevorgangs werden Lithiumionen vom positiven Pol entfernt, um Li2V2 (PO4) 3 zu bilden, während die entfernten Lithiumionen in die Negativelektrode aus hartem Kohlenstoff eingebettet sind und eine negative Elektrode aus hartem Kohlenstoff aus Prelithium (LixC) bilden. Anschließend bildeten Li2V2 (PO4) 3 und LixC ein Lithium-Ionen-Batteriesystem. Wenn der akku mit 4,3 V bei 3,5 geladen wird, weist er eine hohe Leistung und lange Lebensdauer auf, ähnlich wie ein Superkondensator.

Obwohl der herkömmliche Elektrolyt LB303 verwendet wurde, zeigte die Batterie außerdem eine ausgezeichnete kryogene Leistung. Bei minus 40 Grad Celsius kann seine Kapazität 67% der Raumtemperaturkapazität beibehalten, weitaus besser als bei herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien. Dies ist hauptsächlich auf die gute Niedertemperaturleistung des positiven Kohlenstoffelektrodenmaterials zurückzuführen, das mit Kohlenstoffnanopartikeln Li2V2 (PO4) 3 bedeckt ist, und auf den relativ schnellen dynamischen Prozess der vorlithifizierten harten Kohlenstoffnegativelektrode bei niedrigen Temperaturen.

Es ist jedoch anzumerken, dass nur ein Teil der Kapazität von Li3V2 (PO4) 3 in diesem Batteriesystem verwendet wird und die Energiedichte begrenzt ist, wodurch es besser zum Starten von Batterien geeignet ist. Wenn die Temperatur abnimmt, nimmt außerdem die Ionenleitfähigkeit des Elektrolyten schnell ab, wodurch der Innenwiderstand der Batterie erhöht wird, so dass die Batterie bei niedrigen Temperaturen eine signifikante Polarisation zeigt. In der Folgestudie ist die Weiterentwicklung von kryogenen Hochleistungselektrolyten erforderlich, um die elektrochemische Leistung solcher Batterien bei niedrigen Temperaturen zu verbessern.

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