Mengapa Kapasitas Baterai Lithium Menjadi Lebih Rendah di Musim Dingin?

Baterai litium-ion telah banyak digunakan karena umurnya yang panjang, kapasitas spesifiknya yang besar, dan tidak ada efek memori sejak memasuki pasar. Penggunaan baterai lithium-ion pada suhu rendah memiliki masalah seperti kapasitas rendah, redaman parah, kinerja laju siklus yang buruk, pengendapan litium yang jelas, dan deinterkalasi litium yang tidak seimbang. Namun, dengan perluasan bidang aplikasi yang terus-menerus, kendala yang disebabkan oleh buruknya kinerja baterai lithium-ion pada suhu rendah menjadi semakin jelas.

Menurut laporan, kapasitas pengosongan baterai lithium-ion pada suhu -20 derajat hanya sekitar 31,5 persen dibandingkan kapasitas pada suhu kamar. Suhu pengoperasian baterai litium-ion tradisional adalah antara -20 dan ditambah 55 derajat . Namun, di bidang luar angkasa, industri militer, kendaraan listrik, dan bidang lainnya, baterai harus berfungsi normal pada suhu -40 derajat. Oleh karena itu, sangat penting untuk meningkatkan sifat suhu rendah baterai lithium-ion.

Faktor-Faktor yang Membatasi Kinerja Suhu Rendah Baterai Lithium-ion

Dalam lingkungan bersuhu rendah, viskositas elektrolit meningkat, bahkan sebagian membeku, sehingga mengakibatkan penurunan konduktivitas baterai lithium-ion.

Dalam lingkungan bersuhu rendah, kompatibilitas antara elektrolit, elektroda negatif, dan pemisah menjadi buruk.

Litium diendapkan secara serius dari elektroda negatif baterai litium-ion di lingkungan bersuhu rendah, dan litium logam yang diendapkan bereaksi dengan elektrolit, dan pengendapan produknya menyebabkan peningkatan ketebalan antarmuka elektrolit padat (SEI) .

Dalam lingkungan bersuhu rendah, sistem difusi baterai lithium-ion pada bahan aktif menurun, dan resistansi transfer muatan (Rct) meningkat secara signifikan.

Pembahasan Faktor-Faktor Penentu yang Mempengaruhi Kinerja Suhu Rendah Baterai Li-ion

Pendapat ahli 1: Elektrolit memiliki dampak terbesar pada kinerja suhu rendah baterai lithium-ion, dan komposisi serta sifat fisik dan kimia elektrolit memiliki dampak penting pada kinerja baterai pada suhu rendah. Masalah yang dihadapi siklus baterai pada suhu rendah adalah: viskositas elektrolit akan meningkat, kecepatan konduksi ion akan melambat, dan kecepatan migrasi elektron dari rangkaian luar tidak akan sesuai. Oleh karena itu, baterai akan sangat terpolarisasi dan kapasitas pengisian dan pengosongan akan menurun tajam. Terutama saat mengisi daya pada suhu rendah, ion litium dapat dengan mudah membentuk dendrit litium di permukaan elektroda negatif, sehingga menyebabkan kegagalan baterai.

Kinerja elektrolit pada suhu rendah berkaitan erat dengan konduktivitas elektrolit itu sendiri. Elektrolit dengan konduktivitas tinggi dapat mentransmisikan ion lebih cepat dan dapat mengerahkan kapasitas lebih besar pada suhu rendah. Semakin banyak garam litium yang terdisosiasi dalam elektrolit, semakin banyak angka migrasi dan semakin tinggi konduktivitasnya. Semakin tinggi konduktivitasnya, semakin cepat laju konduksi ion, semakin kecil polarisasinya, dan semakin baik kinerja baterai pada suhu rendah. Oleh karena itu, konduktivitas yang lebih tinggi merupakan kondisi yang diperlukan untuk mencapai kinerja baterai lithium-ion yang baik pada suhu rendah.

Konduktivitas elektrolit berkaitan dengan komposisi elektrolit, dan penurunan viskositas pelarut merupakan salah satu cara untuk meningkatkan konduktivitas elektrolit. Pelarut Fluiditas pelarut yang baik pada suhu rendah adalah jaminan transpor ion, dan lapisan elektrolit padat yang dibentuk oleh elektrolit pada elektroda negatif pada suhu rendah juga merupakan kunci konduksi ion litium, dan RSEI adalah impedansi utama baterai lithium-ion di lingkungan bersuhu rendah.

Pakar 2: Faktor utama yang membatasi kinerja baterai lithium-ion pada suhu rendah adalah peningkatan tajam ketahanan difusi Li plus pada suhu rendah, bukan film SEI.

Karakteristik suhu rendah bahan katoda untuk baterai lithium-ion

Sifat suhu rendah dari bahan katoda berlapis

Struktur berlapis, yang tidak hanya memiliki kinerja laju saluran difusi ion litium satu dimensi yang tak tertandingi, tetapi juga memiliki stabilitas struktural saluran tiga dimensi, merupakan bahan katoda baterai litium-ion komersial paling awal. Zat perwakilannya adalah LiCoO2, Li(Co1-xNix)O2 dan Li(Ni, Co, Mn)O2 dan seterusnya.