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低温锂离子电池性能提升方法

发布时间:2022-04-01 15:33:34浏览:552来源:

锂离子电池低温性能不佳的主要原因仍存在争议。电极中的迁移率降低。其结果,低温时电极极化增强,充放电容量降低。

  锂离子电池在低温充电过程中,特别是低温高倍率充电时,锂金属会在负极析出沉积。沉积的金属锂容易与电解液发生不可逆反应,消耗大量电解液。同时,SEI膜的厚度进一步增加,导致电池负极表面膜的阻抗进一步增加,电池的极化再次增加,将大大损害低温性能,循环电池的寿命和安全性能。

低温锂离子电池性能提升方法

  低温锂离子电池性能提升方法是从正极、电解液和负极三个方面提升电池低温性能的改性方法。

  1、正极材料

  提高正极材料低温离子扩散性能的主要途径有:

  1、用导电性优良的材料包覆活性物质体的方法,提高了正极材料界面的导电性,降低了界面阻抗,减少了正极材料与电解液的副反应,使材料稳定结构体。

  2 材料体中Mn、Al、Cr、Mg、F等元素的体掺杂增大了材料的层间距,提高了Li+在体中的扩散速率,降低了Li+的扩散阻力,从而提高了电池的低温性能。

  3 减小材料粒径,缩短Li+迁移路径。需要指出的是,这种方法会增加材料的比表面积,从而增加与电解液的副反应。

  2. 电解液

  电解液作为锂离子电池的重要组成部分,不仅决定了Li+在液相中的迁移速率,还参与了SEI膜的形成,对SEI膜的性能起着关键作用。低温下,电解液粘度增加,电导率下降,SEI膜阻抗增加,与正负极材料的相容性变差大大降低了电池的能量密度和循环性能。

  目前,通过电解质提高低温性能的方法有两种:

  (1)通过优化溶剂组成和使用新型电解质盐,提高电解质的低温电导率;

  (2)使用新型添加剂改善SEI薄膜的性能,使其有利于低温下的Li+传导。

  1 优化溶剂组成

  电解液的低温性能主要由其低温共晶点决定。如果熔点过高,电解液在低温下容易结晶,严重影响电解液的导电性。碳酸乙烯酯(EC)是电解液的主要溶剂成分,但其熔点为36℃,在低温下其在电解液中的溶解度降低甚至析出,对电解液的低温性能影响很大。电池。通过添加低熔点、低粘度的组分,降低溶剂的EC含量,可以有效降低电解液在低温下的粘度和共晶点,提高电解液的电导率。

  2 新的电解质盐

  电解质盐是电解质的重要成分之一,是获得优异低温性能的关键因素。目前市售的电解质盐为六氟磷酸锂,形成的SEI膜阻抗大,导致低温性能差。开发新的锂盐迫在眉睫。四氟硼酸锂阴离子半径小,易缔合,电导率低于LiPF6,但低温下电荷转移电阻低,作为电解质盐具有良好的低温性能。

  3 添加剂

  SEI膜对电池的低温性能有非常重要的影响。它是离子导体和电子绝缘体,是Li+从液相到达电极表面的通道。低温下,SEI膜的电阻增大,Li+在SEI膜中的扩散速率急剧下降,使电极表面电荷的积累加深,导致石墨嵌入锂的能力下降和极化增加。通过优化SEI膜的成分和成膜条件,提高SEI膜在低温下的离子电导率,有利于电池低温性能的提高。因此,开发具有优异低温性能的成膜助剂是当前的研究热点。

  综上所述,电解液的导电性和成膜阻力对锂离子电池的低温性能有重要影响。对于低温电解液,应从电解液溶剂体系、锂盐、添加剂三个方面进行综合优化。电解液溶剂应选择低熔点、低粘度、高介电常数的溶剂体系。线性羧酸盐溶剂具有优异的低温性能,但对循环性能影响很大,需要匹配高介电常数的环状碳酸。 EC和PC等酯类用于混合物;对于锂盐和添加剂,主要考虑的是降低成膜阻力,提高锂离子的迁移率。此外,在低温下适当提高锂盐的浓度,可以提高电解液的导电性,改善低温。


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