In recent years, people have put forward clearer and stricter requirements for the low-temperature charging performance of lithium-ion batteries. The prerequisite for meeting the low-temperature charging needs is to ensure the safety of lithium-ion batteries. During the low-temperature charging process, the negative electrode cannot undergo lithium evolution, which also puts forward clearer application requirements for materials used in lithium-ion batteries. At present, the main negative electrode materials used for large-scale applications in lithium-ion batteries are natural graphite and artificial graphite. From the structure of graphite materials and the low-temperature charging performance of battery cells, it cannot meet the performance requirements of lithium-ion batteries for low-temperature charging at the application end. Compared with artificial graphite, soft carbon materials have the structural characteristics of large interlayer spacing (>0.34 نانومتر)، مرتب سازی با برد کوتاه، و اختلال از راه دور، و همچنین عملکرد عالی شارژ در دمای پایین. با این حال، ظرفیت ویژه برگشت پذیر کم، راندمان اولیه و تراکم تراکم کربن نرم، کاربرد آن را در باتری های لیتیوم یونی محدود می کند. مخلوط کردن کربن نرم با گرافیت مصنوعی در نسبت معینی می تواند به طور موثری عملکرد شارژ باتری در دمای پایین را بهبود بخشد، بدون اینکه باعث ایجاد مشکلات و تلفات بیش از حد در تولید و عملکرد سلول باتری شود.
عوامل محدود کننده عملکرد باتری های لیتیوم یون در دمای پایین
در محیطهای با دمای پایین، ویسکوزیته الکترولیت افزایش مییابد و حتی تا حدی جامد میشود که منجر به کاهش رسانایی باتریهای لیتیوم یون میشود.
سازگاری بین الکترولیت، الکترود منفی و جداکننده در محیط های با دمای پایین بدتر می شود.
در شرایط دمای پایین، الکترود منفی باتریهای لیتیوم یون، بارندگی شدید لیتیوم را تجربه میکند و لیتیوم فلزی رسوبشده با الکترولیت واکنش میدهد و در نتیجه محصولاتی رسوب میکنند که ضخامت رابط الکترولیت حالت جامد (SEI) را افزایش میدهد.
در محیط های با دمای پایین، سیستم انتشار در داخل ماده فعال باتری های لیتیوم یون کاهش می یابد و امپدانس انتقال بار (Rct) به طور قابل توجهی افزایش می یابد.
در حال حاضر، محققان هنوز در مورد عوامل اصلی که باعث عملکرد ضعیف باتریهای لیتیوم یونی در دمای پایین میشوند، بحث میکنند، اما سه دلیل برای این امر وجود دارد:
1. در دماهای پایین، ویسکوزیته الکترولیت افزایش می یابد و هدایت کاهش می یابد.
2. امپدانس ماسک صورت و امپدانس انتقال بار رابط الکترولیت/الکترود افزایش می یابد.
3. سرعت مهاجرت یون های لیتیوم در ماده فعال کاهش می یابد و در نتیجه باعث افزایش پلاریزاسیون الکترود و کاهش ظرفیت تخلیه بار در دماهای پایین می شود.
علاوه بر این، در هنگام شارژ در دمای پایین، به ویژه در هنگام شارژ با نرخ بالا در دمای پایین، فلز لیتیوم رسوب کرده و روی الکترود منفی رسوب میکند. لیتیوم فلزی رسوبشده به راحتی با الکترولیت واکنش غیرقابل برگشتی نشان میدهد و مقدار زیادی الکترولیت مصرف میکند. در عین حال، ضخامت فیلم SEI بیشتر افزایش می یابد و منجر به افزایش بیشتر امپدانس ماسک صورت روی الکترود منفی باتری و افزایش بیشتر قطبش باتری می شود که به شدت به عملکرد دمای پایین، عمر چرخه و عملکرد ایمنی باتری آسیب می رساند.