Az alacsony hőmérsékletű lítium-ion akkumulátor kutatási állapota és kilátása
With the rapid development of military-civilian integration and the construction of military and civilian technology and modernization, the demand for ultra-low-temperature lithium-ion batteries in alpine regions such as plateaus, deep oceans, polar regions, and extremely cold regions such as high altitude and space, which are of great significance for scientific research and national defense strategy, is increasing, and the demand for low-temperature-resistant lithium-ion batteries that are suitable for Az új energia járművek, az 5G alapállomások, a katonai drónok és a Beidou navigációs rendszerek stb. Alkalmazása szintén hullámzó. A hagyományos lítium-ion akkumulátorok már nem felelnek meg az energiatárolás és a felszabadulás iránti igénynek a fenti alacsony hőmérsékletű környezetben. Az alacsony hőmérsékletű lítium-ion akkumulátorok teljesítményének javításának hatékony módjait három szempontból foglalják össze, nevezetesen az akkumulátor anyagának módosítása, az elektrolit-alkatrészek beállítása és az oldószer szerkezete, valamint az akkumulátor-hőkezelő rendszer (BTMS) kialakítása, valamint az új, alacsony hőmérsékletű litium-ion-akkumulátor rendszerek kutatásának kutatása és fejlesztése.
Kulcsszavak: lítium-ion akkumulátor; alacsony hőmérséklet; Jelenlegi kutatási állapot
A katonai polgári integráció, valamint a katonai és polgári technológiai és modernizációs konstrukció gyors fejlődésével a kriogén és ultra alacsony hőmérsékletű lítium-ion akkumulátorok iránti kereslet növekszik az alpesi régiókban, például a fennsíkban, a mélytengeri, a poláris régiókban, valamint a rendkívül hideg régiókban, amelyek fontos tudományos kutatási jelentőséggel bírnak [1]. A fenti régiók mindegyike durva hőmérsékleti környezetben van, és a hagyományos lítium-ion akkumulátorok már nem felelnek meg az energiatárolás és a felszabadulás iránti igénynek ezekben a régiókban [2].
A katonaságban az alacsony hőmérsékletű lítium-ion akkumulátorok alkalmazása a katonaság számos ágát lefedi, mint például a föld, a tenger, a levegő és az ég. Legyen szó nagy katonai bázisoktól vagy az egy katona csapatból, a légi és űrjárművektől, vagy a víz alatti berendezésektől, a Beidou navigációs és kommunikációs rendszertől a pilóta nélküli harci repülőgépekig, a kriogén lítium-ion akkumulátorok nagyon fontos szerepet játszanak benne.
A polgári oldalon az új energia járművek támogatási lejtőivel és számos fő nemzeti távközlési szolgáltatóval felgyorsítják az 5G bázisállomás energiatárolójának előmozdítását, illeszkednek az új energia járművekhez és az 5G bázisállomásig az alacsony hőmérsékletű, alacsony költségű lítium-ion-akkumulátorok iránti igény iránti igényt. A 2021 -es, az energiatörökök hazai telepített kapacitása elérte a 159,6 GWH -t, de a régió északi részén, olyan szélsőséges időjárási viszonyok, mint például a tél, az új energia járművét súlyosan érinti a futásteljesítmény. Az új energia járművek futásteljesítményét súlyosan befolyásolja, ezért nagyon fontos az alacsony hőmérsékletű lítium-ion akkumulátorok kifejlesztése, amelyeket hideg környezetben adaptáltak. Az 5G alapállomások alkalmazási területén az iparág már régóta elismerte az alacsony hőmérsékletű lítium-vas-foszfát akkumulátorok döntő versenyelőnyét
A hőmérséklet befolyásolja a lítium-ion akkumulátorok tömegátviteli folyamatát és töltési folyamatát a töltési és kisülési folyamat során. Az alacsony hőmérsékleten a lítium -ion kinetikus sebességének lassulása a legfontosabb tényező, amely befolyásolja annak elektrokémiai teljesítményét. Az 1. ábra egy lítium-ion akkumulátor töltési folyamatának vázlatos diagramját mutatja alacsony hőmérsékleten [3], amelyből látható, hogy a lítium-ionok migrációja a következő folyamatokon megy keresztül a töltés és a kisülés során [3]: (a) oldott lítium-ionok szállítását a folyadékfázisban; b) szolvatációs\/desolvációs folyamat; c) lítium -ionok migrációja a fázis interfészeken (beleértve a SEI filmet a szilárd\/elektrolit interfészen és a CEI -filmet a katód\/elektrolit interfészen); (D) A lítium -ionok migrációja szilárd fázisban. Ezen folyamatok közül az (a) és (d) a tömegátviteli folyamatok és a (b) és (c) a töltésátviteli folyamatok. Alacsony hőmérsékleten az elektrolit ionvezetőképessége csökken, a lítium-ionok szolvatációja\/desolációja nehezebbé válik, és a lítium-ionok vándorlási sebessége mind az elektróda aktív anyagában, mind a szilárd-folyékony fázisfelületen drámai módon csökken, amelyek mindegyike súlyos lebomlást eredményez az akkumulátor teljesítményének; És az anód felülete hajlamos a lítium -bevonatra és a lítium -dendritikus növekedésre, ami az akkumulátor meghibásodását okozza és biztonsági veszélyt jelent. E problémák javítása érdekében a kutatók a lítium-ion akkumulátorok alacsony hőmérsékleti teljesítményét javították az akkumulátor pozitív és negatív anyagok módosítása révén, az elektrolit-alkatrészek és az oldószer szerkezetének beállításával, valamint egy racionális akkumulátor-termikus kezelési rendszer (BTMS) kialakításával, hogy alkalmazkodjanak a kemény alacsony hőmérsékleti környezethez.
