전 세계적으로 전기차의 급속한 발전으로 전기차 시장 규모는 2020년 기준 1조 달러에 이르렀고, 앞으로도 매년 20% 이상의 비율로 계속 성장할 것으로 예상된다. 따라서 전기 자동차는 주요 운송 수단으로, 전원 배터리에 대한 성능 요구 사항이 점점 더 높아질 것이며, 저온 환경에서 배터리 성능 저하가 전원 배터리 성능에 미치는 영향을 무시해서는 안 됩니다. 저온 환경에서 배터리가 부패하는 주요 원인은 다음과 같습니다. 첫째, 저온은 배터리의 작은 내부 저항에 영향을 미치고 열 확산 영역이 크고 배터리의 내부 저항이 증가합니다. 둘째, 배터리 내부와 외부의 전하 전달 능력이 좋지 않아 국부적으로 돌이킬 수 없는 분극이 발생하면 배터리 변형이 발생합니다. 셋째, 낮은 온도의 전해질 분자 운동은 느리고 온도가 상승할 때 확산되기 어렵다. 따라서 저온 배터리 열화가 심각해 배터리 성능 저하가 심각하다.
1、저온 배터리 기술 현황
저온에서 제조되는 리튬이온 동력 배터리의 기술 및 재료 성능 요구 사항은 높습니다. 저온 환경에서 리튬이온 배터리의 심각한 성능 저하는 내부 저항의 증가로 인해 전해액 확산이 어려워지고 셀 사이클 수명이 단축됩니다. 따라서 최근 저온 전력 배터리 기술에 대한 연구가 어느 정도 진전을 이루었습니다. 기존의 고온 리튬 이온 배터리는 고온 성능이 좋지 않으며 저온 조건에서도 성능이 여전히 불안정합니다. 대용량 저온 셀, 저용량 및 열악한 저온 사이클 성능; 분극은 고온보다 저온에서 훨씬 더 강합니다. 저온에서 전해질의 점도 증가로 인해 충방전 주기 횟수가 감소합니다. 저온에서 셀의 안전성 감소 및 배터리 수명 감소; 저온에서 사용 시 성능이 저하됩니다. 또한 저온에서 배터리의 짧은 사이클 수명과 저온 셀의 안전 위험으로 인해 전원 배터리의 안전에 대한 새로운 요구 사항이 제시되었습니다. 따라서 저온 환경을 위한 안정적이고 안전하며 신뢰성이 높고 수명이 긴 전력 배터리 소재의 개발이 저온 리튬 이온 배터리 연구의 초점입니다. 현재 몇 가지 저온 리튬 이온 배터리 재료가 있습니다. (1) 리튬 금속 양극 재료: 리튬 금속은 높은 화학적 안정성, 높은 전기 전도도 및 저온 충방전 성능으로 인해 전기 자동차에 널리 사용됩니다. (2) 탄소 음극 재료는 우수한 내열성, 저온 사이클 성능, 낮은 전기 전도성 및 저온에서의 저온 사이클 수명으로 인해 전기 자동차에 널리 사용됩니다. (3) 탄소 음극재는 우수한 내열성, 저온 사이클 성능, 낮은 전기 전도도 및 저온 사이클 수명으로 인해 전기 자동차에 널리 사용됩니다. 안에; (3) 유기 전해질은 저온에서 우수한 성능을 갖는다. (4) 고분자 전해질: 고분자 분자 사슬은 상대적으로 짧고 친화력이 높습니다. (5) 무기 재료: 무기 고분자는 우수한 성능 매개변수(전도도)와 전해질 활성 간의 상용성이 우수합니다. (6) 금속 산화물이 적다. (7) 무기재료 : 무기고분자 등
2, 저온 환경이 리튬 배터리에 미치는 영향
리튬 배터리의 사이클 수명은 주로 방전 과정에 따라 달라지며, 저온은 리튬 제품의 수명에 더 큰 영향을 미치는 요소입니다. 일반적으로 저온 환경에서는 배터리 표면의 상변화로 인해 표면 구조가 손상되고 용량 및 셀 용량 감소가 동반됩니다. 고온 조건에서는 셀에서 가스가 생성되어 열 확산이 가속화됩니다. 저온에서는 가스가 적시에 방전되지 않아 배터리 액체의 상 변화가 가속화됩니다. 온도가 낮을수록 더 많은 가스가 생성되고 배터리 액체의 상 변화가 느려집니다. 따라서 저온에서 배터리의 내부 재료 변화가 더욱 급격하고 복잡하며 배터리 재료 내부에 가스 및 고체가 생성되기 쉽습니다. 동시에 낮은 온도는 음극 물질과 전해질 사이의 경계면에서 돌이킬 수 없는 화학 결합 파손과 같은 일련의 파괴적인 반응을 일으킬 것입니다. 이는 또한 전해질 자체 조립 및 사이클 수명의 감소로 이어질 것입니다. 전해질로의 리튬 이온 전하 이동 능력이 감소됩니다. 충전 및 방전 과정은 리튬 이온 전하 이동 중 분극 현상, 배터리 용량 감소 및 내부 응력 방출과 같은 일련의 연쇄 반응을 유발하여 리튬 이온 배터리의 사이클 수명과 에너지 밀도 및 기타 기능에 영향을 미칩니다. 저온에서 온도가 낮을수록 전지 표면의 산화환원반응, 열확산, 전지 내부의 상변화, 심지어 완전한 파괴까지 다양한 파괴반응이 더욱 강렬하고 복잡해지며 결국 전해질과 같은 일련의 연쇄반응이 일어나게 된다. 자기 조립, 반응 속도가 느려질수록 배터리 용량 감소가 더욱 심각해지고 고온에서 리튬 이온 전하 이동 능력이 저하됩니다.
3、 리튬 배터리 기술 연구 전망의 진행에 대한 낮은 온도
저온 환경에서는 배터리의 안전성, 사이클 수명, 셀 온도 안정성이 영향을 받으며, 저온이 리튬 배터리 수명에 미치는 영향은 무시할 수 없습니다. 현재 격막, 전해질, 양극 및 음극 재료 및 기타 방법을 사용하는 저온 전력 배터리 기술 연구 개발이 어느 정도 진전을 이루었습니다. 향후 저온 리튬 배터리 기술 개발은 다음과 같은 측면에서 개선되어야 합니다. (1) 저온에서 에너지 밀도가 높고 수명이 길고 감쇠가 적으며 크기가 작고 가격이 저렴한 리튬 배터리 소재 시스템 개발 ; (2) 구조 설계 및 재료 준비 기술을 통해 배터리 내부 저항 제어의 지속적인 개선; (3) 고용량, 저비용 리튬 배터리 시스템을 개발할 때 전해질 첨가제, 리튬 이온 및 양극과 음극 계면, 내부 활성 물질 및 기타 핵심 요소 영향에 주의를 기울여야 합니다. (4) 배터리 사이클 성능(충전 및 방전 비에너지), 저온 환경에서 배터리의 열 안정성, 저온 환경에서 리튬 배터리의 안전성 및 기타 배터리 기술 개발 방향을 개선합니다. (5) 저온 조건에서 높은 안전 성능, 고비용 및 저비용 전력 배터리 시스템 솔루션을 개발합니다. (6) 저온 배터리 관련 제품을 개발하고 그 응용을 촉진합니다. (7) 고성능 저온 내성 배터리 재료 및 장치 기술을 개발합니다.
물론 위의 연구 방향 외에도 저온 조건에서 배터리 성능을 더욱 향상시키기 위한 연구 방향, 저온 배터리의 에너지 밀도 향상, 저온 환경에서의 배터리 열화 감소, 배터리 수명 연장 등의 연구 방향도 많이 있습니다. 진전; 그러나 더 중요한 문제는 저온 조건에서 배터리의 고성능, 높은 안전성, 저비용, 높은 범위, 긴 수명 및 저비용 상용화를 달성하는 방법이 현재입니다. 연구는 문제를 돌파하고 해결하는 데 중점을 두어야 합니다.
게시 시간: 2022년 11월 22일