วัสดุแคโทดเป็นส่วนสำคัญของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน และต้องเป็นไปตามข้อกำหนดด้านความจุสูง ความเสถียรสูง และความเป็นพิษต่ำ
เมื่อเทียบกับวัสดุแคโทดอื่นๆ วัสดุอิเล็กโทรด LiFePO4 มีข้อดีหลายประการ เช่น ความจุเฉพาะทางทฤษฎีที่สูงขึ้น แรงดันใช้งานที่เสถียร โครงสร้างที่เสถียร การหมุนเวียนที่ดี วัตถุดิบต้นทุนต่ำ และความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
ดังนั้น LiFePO4 จึงเป็นวัสดุแคโทดในอุดมคติ และได้รับเลือกให้เป็นหนึ่งในวัสดุแคโทดหลักสำหรับแบตเตอรี่พลังงาน
นักวิจัยหลายคนได้ศึกษากลไกการเร่งการสลายตัวของ LIB ที่อุณหภูมิต่ำ และเชื่อกันว่าการสะสมของลิเธียมที่ใช้งานและตัวเร่งปฏิกิริยาโซลิดสเตตอิเล็กโทรไลต์อินเทอร์เฟซ (SEI) ที่เร่งปฏิกิริยาจะทำให้การนำไอออนที่ลดลงและการลดลงของ การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งทำให้ความจุและพลังงานของ LIB ลดลง และบางครั้งอาจทำให้ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลดลง
สภาพแวดล้อมการทำงานที่อุณหภูมิต่ำของ LIB ส่วนใหญ่เกิดขึ้นในฤดูหนาวและบริเวณละติจูดสูงและระดับความสูงที่สูง ซึ่งสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำจะส่งผลต่อประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของ LIB และยังก่อให้เกิดปัญหาด้านความปลอดภัยที่ร้ายแรงอีกด้วย เมื่อได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิต่ำ อัตราการแทรกสอดลิเธียมในกราไฟต์จะลดลง และลิเธียมโลหะจะตกตะกอนได้ง่ายบนพื้นผิวของอิเล็กโทรดลบเพื่อสร้างลิเธียมเดนไดรต์ ซึ่งเจาะไดอะแฟรมและทำให้เกิดการลัดวงจรภายในแบตเตอรี่
ดังนั้น วิธีการในการปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของ LIB ในอุณหภูมิต่ำจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการส่งเสริมการใช้รถยนต์ไฟฟ้าในภูมิภาคเทือกเขาแอลป์
บทความนี้สรุปวิธีการปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของแบตเตอรี่ LiFePO4 ในอุณหภูมิต่ำจากสี่ด้านต่อไปนี้
1) กระแสพัลส์สร้างความร้อน
2) ใช้สารเติมแต่งอิเล็กโทรไลต์เพื่อเตรียมฟิล์ม SEI คุณภาพสูง
3) การนำส่วนต่อประสานของวัสดุ LiFePO4 ที่ได้รับการดัดแปลงพื้นผิว
4) การนำไฟฟ้าจำนวนมากของวัสดุ LiFePO4 ที่เจือด้วยไอออน
การสร้างความร้อนกระแสพัลส์
ในระหว่างกระบวนการชาร์จ LIB ให้ความร้อนอย่างรวดเร็วด้วยกระแสพัลส์ การเคลื่อนที่และโพลาไรซ์ของไอออนในอิเล็กโทรไลต์จะส่งเสริมการสร้างความร้อนภายในของ LIB กลไกการสร้างความร้อนนี้สามารถใช้อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของ LIB ที่อุณหภูมิต่ำ กระแสพัลส์หมายถึงกระแสที่ทิศทางไม่เปลี่ยนแปลงและความเข้มของกระแสหรือแรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงเป็นระยะตามเวลา เพื่อเพิ่มอุณหภูมิแบตเตอรี่อย่างรวดเร็วและปลอดภัยที่อุณหภูมิต่ำ วิธีการที่กระแสพัลซิ่งให้ความร้อนกับ LIB ถูกจำลองตามทฤษฎี และผลการจำลองจะได้รับการยืนยันโดยการทดสอบทดลองกับ LIB เชิงพาณิชย์ ความแตกต่างในการสร้างความร้อนระหว่างการชาร์จแบบต่อเนื่องและการชาร์จแบบพัลซิ่งแสดงในรูปที่ 1 ดังที่เห็นได้จากรูปที่ 1 เวลาพัลส์ไมโครวินาทีสามารถส่งเสริมการสร้างความร้อนมากขึ้นในแบตเตอรี่ลิเธียม
วัสดุแคโทดเป็นส่วนสำคัญของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน และต้องเป็นไปตามข้อกำหนดด้านความจุสูง ความเสถียรสูง และความเป็นพิษต่ำ
เมื่อเทียบกับวัสดุแคโทดอื่นๆ วัสดุอิเล็กโทรด LiFePO4 มีข้อดีหลายประการ เช่น ความจุเฉพาะทางทฤษฎีที่สูงขึ้น แรงดันใช้งานที่เสถียร โครงสร้างที่เสถียร การหมุนเวียนที่ดี วัตถุดิบต้นทุนต่ำ และความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
ดังนั้น LiFePO4 จึงเป็นวัสดุแคโทดในอุดมคติ และได้รับเลือกให้เป็นหนึ่งในวัสดุแคโทดหลักสำหรับแบตเตอรี่พลังงาน
นักวิจัยหลายคนได้ศึกษากลไกการเร่งการสลายตัวของ LIB ที่อุณหภูมิต่ำ และเชื่อกันว่าการสะสมของลิเธียมที่ใช้งานและตัวเร่งปฏิกิริยาโซลิดสเตตอิเล็กโทรไลต์อินเทอร์เฟซ (SEI) ที่เร่งปฏิกิริยาจะทำให้การนำไอออนที่ลดลงและการลดลงของ การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งทำให้ความจุและพลังงานของ LIB ลดลง และบางครั้งอาจทำให้ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลดลง
สภาพแวดล้อมการทำงานที่อุณหภูมิต่ำของ LIB ส่วนใหญ่เกิดขึ้นในฤดูหนาวและบริเวณละติจูดสูงและระดับความสูงที่สูง ซึ่งสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำจะส่งผลต่อประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของ LIB และยังก่อให้เกิดปัญหาด้านความปลอดภัยที่ร้ายแรงอีกด้วย เมื่อได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิต่ำ อัตราการแทรกสอดลิเธียมในกราไฟต์จะลดลง และลิเธียมโลหะจะตกตะกอนได้ง่ายบนพื้นผิวของอิเล็กโทรดลบเพื่อสร้างลิเธียมเดนไดรต์ ซึ่งเจาะไดอะแฟรมและทำให้เกิดการลัดวงจรภายในแบตเตอรี่
ดังนั้น วิธีการในการปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของ LIB ในอุณหภูมิต่ำจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการส่งเสริมการใช้รถยนต์ไฟฟ้าในภูมิภาคเทือกเขาแอลป์
เอกสารนี้สรุปวิธีการปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิต่ำของแบตเตอรี่ LiFePO4 จากสี่ด้านต่อไปนี้:
1) กระแสพัลส์สร้างความร้อน
2) ใช้สารเติมแต่งอิเล็กโทรไลต์เพื่อเตรียมฟิล์ม SEI คุณภาพสูง
3) การนำส่วนต่อประสานของวัสดุ LiFePO4 ที่ได้รับการดัดแปลงพื้นผิว
4) การนำไฟฟ้าจำนวนมากของวัสดุ LiFePO4 ที่เจือด้วยไอออน
การสร้างความร้อนกระแสพัลส์
ในระหว่างกระบวนการชาร์จ LIB ให้ความร้อนอย่างรวดเร็วด้วยกระแสพัลส์ การเคลื่อนที่และโพลาไรซ์ของไอออนในอิเล็กโทรไลต์จะส่งเสริมการสร้างความร้อนภายในของ LIB กลไกการสร้างความร้อนนี้สามารถใช้อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของ LIB ที่อุณหภูมิต่ำ กระแสพัลส์หมายถึงกระแสที่ทิศทางไม่เปลี่ยนแปลงและความเข้มของกระแสหรือแรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงเป็นระยะตามเวลา เพื่อเพิ่มอุณหภูมิแบตเตอรี่อย่างรวดเร็วและปลอดภัยที่อุณหภูมิต่ำ วิธีการที่กระแสพัลซิ่งให้ความร้อนกับ LIB ถูกจำลองตามทฤษฎี และผลการจำลองจะได้รับการยืนยันโดยการทดสอบทดลองกับ LIB เชิงพาณิชย์ ความแตกต่างในการสร้างความร้อนระหว่างการชาร์จแบบต่อเนื่องและการชาร์จแบบพัลซิ่งแสดงในรูปที่ 1 ดังที่เห็นได้จากรูปที่ 1 เวลาพัลส์ไมโครวินาทีสามารถส่งเสริมการสร้างความร้อนมากขึ้นในแบตเตอรี่ลิเธียม
ในรูปด้านบน Zhao et al. ศึกษาผลการกระตุ้นของกระแสพัลส์ในแบตเตอรี่ LiFePO4 / MCNB ผ่านความร้อนที่เกิดขึ้นในโหมดพัลส์และการชาร์จแบบต่อเนื่อง เมื่อเทียบกับโหมดนี้ เวลาในการชาร์จทั้งหมดจะลดลง 36 นาที (23.4%) และความจุเพิ่มขึ้น 7.1% ที่อัตราการคายประจุที่เท่ากัน ดังนั้นโหมดการชาร์จนี้จึงเป็นประโยชน์ต่อการชาร์จแบตเตอรี่ LiFePO4 ที่อุณหภูมิต่ำอย่างรวดเร็ว
ศึกษาอิทธิพลของวิธีการให้ความร้อนแบบกระแสพัลส์ต่ออายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่อุณหภูมิต่ำ (สถานะสุขภาพ) ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนพลังงาน LiFePO4 พวกเขาศึกษาอิทธิพลของความถี่กระแสพัลส์ ความเข้มกระแส และช่วงแรงดันไฟฟ้าต่ออุณหภูมิของแบตเตอรี่ตามลำดับ ดังแสดงในรูปด้านล่าง ความเข้มกระแสสูง ความถี่ต่ำ และช่วงแรงดันไฟฟ้าที่กว้างขึ้นช่วยเพิ่มการสะสมความร้อนและอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของ LIB นอกจากนี้ หลังจากรอบการให้ความร้อน 240 รอบ (แต่ละรอบเท่ากับ 1800 วินาทีของการให้ความร้อนแบบพัลซิ่งที่ -20 °C) พวกเขาประเมินสุขภาพของ LIB หลังจากการให้ความร้อนด้วยกระแสพัลซิ่งโดยศึกษาการกักเก็บความจุของเซลล์และอิมพีแดนซ์ไฟฟ้าเคมี และวิเคราะห์โดย SEM และ EDS ได้ทำการศึกษาการเปลี่ยนแปลงของสัณฐานวิทยาพื้นผิวของขั้วลบของแบตเตอรี่ และผลการศึกษาพบว่าการให้ความร้อนด้วยกระแสพัลส์ไม่เพิ่มการสะสมของลิเธียมไอออนบนพื้นผิวของขั้วลบ ดังนั้นการให้ความร้อนแบบพัลส์จะไม่ทำให้ความเสี่ยงรุนแรงขึ้น ของความจุที่ลดลงและการเติบโตของลิเธียมเดนไดรต์ที่เกิดจากการสะสมของลิเธียม
การดัดแปลงอิเล็กโทรไลต์ของเมมเบรน SEI เพื่อลดความต้านทานการถ่ายโอนประจุที่ส่วนต่อประสานอิเล็กโทรไลต์-อิเล็กโทรด
ประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิต่ำของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับการเคลื่อนย้ายไอออนในแบตเตอรี่ การศึกษาผลกระทบของอิเล็กโทรไลต์ที่มีคาร์บอเนตเป็นส่วนประกอบหลัก (1 โมล/ลิตร LiPF6/EC+DMC+DEC+EMC ที่มีอัตราส่วนปริมาตร 11:3) ต่อประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิต่ำของแบตเตอรี่ลิเธียมเชิงพาณิชย์ LiFePO4 เมื่ออุณหภูมิในการทำงานต่ำกว่า -20 °C ประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าของแบตเตอรี่จะลดลงอย่างมาก และการทดสอบอิเล็กโตรเคมีอิมพีแดนซ์สเปกโตรสโคปี (EIS) แสดงให้เห็นว่าความต้านทานการถ่ายเทประจุที่เพิ่มขึ้นและความจุในการแพร่กระจายลิเธียมไอออนที่ลดลงเป็นปัจจัยหลักสำหรับ การเสื่อมประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ ดังนั้นจึงคาดว่าจะปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิต่ำของแบตเตอรี่ LiFePO4 โดยการเปลี่ยนอิเล็กโทรไลต์เพื่อเพิ่มความสามารถในการทำปฏิกิริยาของส่วนต่อประสานอิเล็กโทรไลต์-อิเล็กโทรด
ด้านบน (a) EIS ของอิเล็กโทรด LiFePO4 ที่อุณหภูมิต่างกัน (b) รุ่นวงจรสมมูลซึ่งติดตั้งโดย LiFePO4 EIS
Zhang et al เพื่อหาระบบอิเล็กโทรไลต์ที่สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพไฟฟ้าเคมีที่อุณหภูมิต่ำของแบตเตอรี่ LiFePO4 ได้อย่างมีประสิทธิภาพ พยายามเพิ่มเกลือผสม LiBF4-LiBOB ลงในอิเล็กโทรไลต์เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการปั่นจักรยานในอุณหภูมิต่ำของแบตเตอรี่ LiFePO4 เป็นที่น่าสังเกตว่า ประสิทธิภาพที่เหมาะสมที่สุดทำได้ก็ต่อเมื่อเศษโมลาร์ของ LiBOB ในเกลือผสมน้อยกว่า 10% โจวและคณะ LiPF4(C2O4)(LiFOP) ที่ละลายน้ำเป็นโพรพิลีนคาร์บอเนต (PC) เป็นอิเล็กโทรไลต์สำหรับแบตเตอรี่ LiFePO4 / C และเปรียบเทียบกับระบบอิเล็กโทรไลต์ LiPF6-EC ที่ใช้กันทั่วไป พบว่าความสามารถในการคายประจุของ LIB รอบแรกลดลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อแบตเตอรี่ถูกหมุนเวียนที่อุณหภูมิต่ำ ในขณะเดียวกัน ข้อมูล EIS ระบุว่าอิเล็กโทรไลต์ LiFOP/PC ปรับปรุงประสิทธิภาพการหมุนเวียนในอุณหภูมิต่ำของ LIB โดยการลดอิมพีแดนซ์ภายในของ LIB
ลี และคณะ ศึกษาประสิทธิภาพไฟฟ้าเคมีของระบบอิเล็กโทรไลต์ลิเธียม ไดฟลูออโร(ออกซาเลต)บอเรต (LiODFB) 6 ระบบ ได้แก่ LiODFB-DMS และ LiODFB-SL/DMS และเปรียบเทียบประสิทธิภาพไฟฟ้าเคมีกับอิเล็กโทรไลต์ LiPF4-EC/DMC ที่ใช้กันทั่วไป และพบว่า LiODFB-SL /DMS และ LiODFB-SL/DES อิเล็กโทรไลต์สามารถปรับปรุงความเสถียรในการปั่นจักรยานและอัตราความสามารถของแบตเตอรี่ LiFePO4 ที่อุณหภูมิต่ำ การศึกษาของ EIS พบว่าอิเล็กโทรไลต์ LiODFB เอื้อต่อการก่อตัวของฟิล์ม SEI ที่มีอิมพีแดนซ์อินเทอร์เฟซที่ต่ำกว่า ซึ่งส่งเสริมการแพร่กระจายของไอออนและการเคลื่อนที่ของประจุ ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการหมุนเวียนของแบตเตอรี่ LiFePOXNUMX ในอุณหภูมิต่ำ ดังนั้น องค์ประกอบอิเล็กโทรไลต์ที่เหมาะสมจึงเป็นประโยชน์ในการลดความต้านทานการถ่ายโอนประจุ และเพิ่มอัตราการแพร่ของลิเธียมไอออนที่ส่วนต่อประสานวัสดุอิเล็กโทรด ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของ LIB ที่อุณหภูมิต่ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ
สารเติมแต่งอิเล็กโทรไลต์เป็นหนึ่งในวิธีที่มีประสิทธิภาพในการควบคุมองค์ประกอบและโครงสร้างของฟิล์ม SEI ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของ LIB เหลียวและคณะ ศึกษาผลกระทบของ FEC ต่อความสามารถในการคายประจุและประสิทธิภาพอัตราของแบตเตอรี่ LiFePO4 ที่อุณหภูมิต่ำ ผลการศึกษาพบว่าหลังจากเพิ่ม FEC 2% ลงในอิเล็กโทรไลต์แล้ว แบตเตอรี่ LiFePO4 ก็มีความสามารถในการคายประจุและอัตราการคายประจุที่สูงขึ้นที่อุณหภูมิต่ำ SEM และ XPS แสดงให้เห็นการก่อตัวของ SEI และผลลัพธ์ของ EIS พบว่าการเพิ่ม FEC ลงในอิเล็กโทรไลต์สามารถลดอิมพีแดนซ์ของแบตเตอรี่ LiFePO4 ที่อุณหภูมิต่ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้น การปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่เกิดจากการเพิ่มการนำไอออนของฟิล์ม SEI และโพลาไรซ์ของอิเล็กโทรด LiFePO4 ลด. วู และคณะ ใช้ XPS เพื่อวิเคราะห์ฟิล์ม SEI และศึกษากลไกที่เกี่ยวข้องเพิ่มเติม พวกเขาพบว่าเมื่อ FEC มีส่วนร่วมในการสร้างฟิล์มอินเทอร์เฟซ การสลายตัวของ LiPF6 และตัวทำละลายคาร์บอเนตลดลง และเนื้อหาของ LixPOyFz และสารคาร์บอเนตที่เกิดจากการสลายตัวของตัวทำละลายลดลง ด้วยเหตุนี้ ฟิล์ม SEI ที่มีความต้านทานต่ำและโครงสร้างหนาแน่นจึงเกิดขึ้นบนพื้นผิวของ LiFePO4 ดังแสดงในรูปที่ 4 หลังจากเพิ่ม FEC แล้ว เส้นกราฟ CV ของ LiFePO4 แสดงว่าพีคการออกซิเดชัน/รีดิวซ์อยู่ใกล้กัน ซึ่งบ่งชี้ว่าการเพิ่ม FEC สามารถลดโพลาไรซ์ของอิเล็กโทรด LiFePO4 ได้ ดังนั้น SEI ที่แก้ไขแล้วจึงส่งเสริมการย้ายถิ่นของลิเธียมไอออนที่ส่วนต่อประสานอิเล็กโทรด/อิเล็กโทรไลต์ ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพเคมีไฟฟ้าของอิเล็กโทรด LiFePO4
รูปด้านบนแสดง cyclic voltammograms ของเซลล์ LiFePO4 ในอิเล็กโทรไลต์ที่มีเศษส่วนของปริมาตร 0% และ 10% FEC ที่ -20 °C
นอกจากนี้ ผลการศึกษายังพบว่าการเติมบิวทิลซัลโทน (BS) ลงในอิเล็กโทรไลต์มีผลคล้ายคลึงกัน กล่าวคือ เพื่อสร้างฟิล์ม SEI ที่มีโครงสร้างทินเนอร์และอิมพีแดนซ์ต่ำ และปรับปรุงอัตราการย้ายของลิเธียมไอออนเมื่อผ่าน ผ่านฟิล์ม SEI ดังนั้น BS การเพิ่ม LiFePO4 ช่วยเพิ่มความจุและประสิทธิภาพอัตราของแบตเตอรี่ LiFePO4 ที่อุณหภูมิต่ำอย่างมีนัยสำคัญ
การเคลือบผิวด้วยชั้นนำไฟฟ้าเพื่อลดความต้านทานพื้นผิวของวัสดุ LiFePO4
สาเหตุสำคัญประการหนึ่งที่ทำให้ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมลดลงในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำคือการเพิ่มขึ้นของอิมพีแดนซ์ที่อินเทอร์เฟซของอิเล็กโทรดและอัตราการแพร่กระจายของไอออนที่ลดลง ชั้นนำไฟฟ้าของการเคลือบพื้นผิว LiFePO4 สามารถลดความต้านทานการสัมผัสระหว่างวัสดุอิเล็กโทรดได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงอัตราการแพร่ของไอออนเข้าและออกจาก LiFePO4 ที่อุณหภูมิต่ำ ดังแสดงในรูปที่ 5 Wu et al. ใช้วัสดุคาร์บอนสองชนิด (คาร์บอนอสัณฐานและท่อนาโนคาร์บอน) เพื่อเคลือบ LiFePO4 (LFP@C/CNT) และ LFP@C/CNT ที่ดัดแปลงแล้วมีประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิต่ำดีเยี่ยม อัตราการรักษาความจุอยู่ที่ประมาณ 71.4% เมื่อปล่อยที่อุณหภูมิ -25°C การวิเคราะห์โดย EIS พบว่าการปรับปรุงประสิทธิภาพนี้ส่วนใหญ่เกิดจากอิมพีแดนซ์ที่ลดลงของวัสดุอิเล็กโทรด LiFePO4
ภาพ HRTEM (a) แผนผังโครงสร้าง (b) และภาพ SEM ของนาโนคอมโพสิต LFP@C/CNT ด้านบน
ในบรรดาวัสดุเคลือบหลายชนิด อนุภาคนาโนของโลหะหรือโลหะออกไซด์ได้ดึงดูดความสนใจของนักวิจัยจำนวนมากเนื่องจากการนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมและวิธีการเตรียมที่เรียบง่าย เหยาและคณะ ศึกษาผลกระทบของการเคลือบ CeO2 ต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ LiFePO4 / C ในการทดลอง อนุภาค CeO2 ถูกกระจายอย่างสม่ำเสมอบนพื้นผิวของ LiFePO4 จลนพลศาสตร์ได้รับการปรับปรุงอย่างมาก ซึ่งเป็นผลมาจากการสัมผัสที่ดีขึ้นระหว่างวัสดุอิเล็กโทรดและตัวสะสมกระแส เช่นเดียวกับอนุภาค ตลอดจนการถ่ายโอนประจุที่เพิ่มขึ้นในส่วนต่อประสาน LiFePO4-electrolyte ซึ่งช่วยลดโพลาไรซ์ของอิเล็กโทรด
ในทำนองเดียวกัน การใช้ประโยชน์จากการนำไฟฟ้าที่ดีของ V2O3 เคลือบบนพื้นผิวของ LiFePO4 และทดสอบคุณสมบัติทางไฟฟ้าเคมีของตัวอย่างที่เคลือบแล้ว การวิจัยเกี่ยวกับลิเธียมไอออนแสดงให้เห็นว่าชั้น V2O3 ที่มีการนำไฟฟ้าที่ดีสามารถส่งเสริมการขนส่งลิเธียมไอออนในอิเล็กโทรด LiFePO4 ได้อย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้นแบตเตอรี่ LiFePO2 / C ที่ดัดแปลง V3O4 จะแสดงประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยมในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำ ดังแสดงในรูปต่อไปนี้
กราฟด้านบนแสดงประสิทธิภาพการปั่นจักรยานของ LiFePO4 ที่เคลือบด้วยสาร V2O3 ที่แตกต่างกันที่อุณหภูมิต่ำ
พื้นผิวของวัสดุ LiFePO4 เคลือบด้วยอนุภาคนาโน Sn โดยกระบวนการอิเล็กโทรดอย่างง่าย (ED) และผลของการเคลือบ Sn ต่อประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าของเซลล์ LiFePO4 / C ได้รับการตรวจสอบอย่างเป็นระบบ การวิเคราะห์ SEM และ EIS แสดงให้เห็นว่าการเคลือบ Sn ช่วยเพิ่มการสัมผัสระหว่างอนุภาค LiFePO4 และวัสดุมีความต้านทานการถ่ายโอนประจุที่ต่ำกว่าและอัตราการแพร่ของลิเธียมที่สูงขึ้นที่อุณหภูมิต่ำ
ดังนั้นการเคลือบ Sn จึงช่วยปรับปรุงความจุเฉพาะ ประสิทธิภาพการปั่นจักรยาน และอัตราความสามารถของเซลล์ LiFePO4 / C ที่อุณหภูมิต่ำ นอกจากนี้ Tang et al. ใช้สังกะสีออกไซด์เจืออลูมิเนียม (AZO) เป็นวัสดุนำไฟฟ้าในการเคลือบพื้นผิวของวัสดุอิเล็กโทรด LiFePO4 ผลการทดสอบทางเคมีไฟฟ้าแสดงให้เห็นว่าการเคลือบ AZO ยังสามารถปรับปรุงความสามารถของอัตราและประสิทธิภาพการทำงานของ LiFePO4 ในอุณหภูมิต่ำได้อย่างมาก ซึ่งเกิดจากการเคลือบ AZO ที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าซึ่งเพิ่มค่าการนำไฟฟ้าของวัสดุ LiFePO4
การเติมสารปริมาณมากช่วยลดความต้านทานจำนวนมากของวัสดุอิเล็กโทรด LiFePO4
การเติมไอออนสามารถสร้างตำแหน่งงานว่างในโครงสร้างโครงตาข่ายโอลิวีน LiFePO4 ซึ่งส่งเสริมอัตราการแพร่ของลิเธียมไอออนในวัสดุ ซึ่งจะช่วยเสริมกิจกรรมทางเคมีไฟฟ้าของแบตเตอรี่ LiFePO4 วัสดุอิเล็กโทรดคอมโพสิต Li0.99La0.01Fe0.9Mg0.1PO4 / กราไฟท์แอร์เจลเจือแมกนีเซียมและแมกนีเซียมถูกสังเคราะห์โดยกระบวนการทำให้อิ่มตัวด้วยสารละลาย วัสดุนี้มีประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมที่อุณหภูมิต่ำ ผลการทดลองอิมพีแดนซ์ไฟฟ้าเคมีพบว่า ความเหนือกว่านี้มีสาเหตุหลักมาจากการนำไฟฟ้าทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เพิ่มขึ้นของวัสดุโดยการเติมไอออนและการเคลือบด้วยแกรไฟต์แอโรเจล
บทสรุปและแนวโน้ม
บทความนี้สรุปสั้นๆ 4 วิธีในการปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของแบตเตอรี่ลิเธียมไอรอนฟอสเฟตที่อุณหภูมิต่ำ:
- กระแสพัลส์สร้างความร้อน
- ฟิล์ม SEI ที่ปรับพื้นผิวด้วยอิเล็กโทรไลต์;
- การเคลือบพื้นผิวช่วยเพิ่มการนำพื้นผิวของวัสดุ LiFePO4
- การเติมไอออนจำนวนมากช่วยเพิ่มการนำไฟฟ้าของวัสดุ LiFePO4
ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำ การเพิ่มขึ้นของความต้านทานอินเทอร์เฟซในแบตเตอรี่ LiFePO4 และการเติบโตของฟิล์ม SEI ที่เกิดจากการสะสมลิเธียมเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลดลง
กระแสพัลซิ่งสามารถเร่งการเคลื่อนที่ของประจุในอิเล็กโทรไลต์เพื่อสร้างความร้อน ซึ่งจะทำให้ LIB ร้อนขึ้นอย่างรวดเร็ว การใช้ระบบอิเล็กโทรไลต์อิมพีแดนซ์ต่ำหรือสารเติมแต่งที่สร้างฟิล์มเอื้อต่อการก่อตัวของฟิล์ม SEI ที่มีความหนาแน่นและบางเฉียบซึ่งมีการนำไอออนิกสูง ปรับปรุงความต้านทานปฏิกิริยาของส่วนต่อประสานอิเล็กโทรด-อิเล็กโทรด LiFePO4 และลดผลกระทบด้านลบจากการชะลอตัว การแพร่กระจายของไอออนที่เกิดจากอุณหภูมิต่ำ
มีสองวิธีหลักในการปรับเปลี่ยนวัสดุ LiFePO4: การเคลือบพื้นผิวและการเติมไอออน
การเคลือบพื้นผิวของวัสดุอิเล็กโทรด LiFePO4 เอื้อต่อการปรับปรุงการนำพื้นผิวของวัสดุอิเล็กโทรด และลดความต้านทานการสัมผัส ในขณะที่การเติมไอออนจะเป็นประโยชน์ต่อการก่อตัวของตำแหน่งว่างและการเปลี่ยนแปลงของความจุในโครงสร้างตาข่าย การขยายช่องทางการแพร่กระจายของไอออน และการส่งเสริมลิเธียมไอออนและอิเล็กตรอนในวัสดุ อัตราการย้ายถิ่น
ดังนั้น จากการวิเคราะห์ข้างต้น กุญแจสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพแบตเตอรี่ลิเธียมโซเดียมฟอสเฟตในอุณหภูมิต่ำคือการลดอิมพีแดนซ์ภายในแบตเตอรี่
Keheng แบตเตอรี่ทำความร้อนด้วยตนเอง
เปิดใช้งานความร้อนที่อุณหภูมิต่ำ 100AH 12V
ผลิตภัณฑ์ของ Keheng New Energy
แบตเตอรี่สกู๊ตเตอร์/ebike
แบตเตอรี่ LiFePO12 24V/4V
โรงไฟฟ้าแบบพกพา
ระบบจัดเก็บพลังงาน ESS
