**Introduzione:**
Con il rapido sviluppo di nuove fonti energetiche, le batterie agli ioni di litio sono ampiamente utilizzate in vari campi. Tuttavia, in ambienti a bassa temperatura, le batterie agli ioni di litio devono affrontare una serie di problemi prestazionali, tra cui una diminuzione della capacità di scarica, un aumento della resistenza interna e una riduzione dell’efficienza di carica e scarica. Questo articolo approfondirà le problematiche delle batterie agli ioni di litio in condizioni di bassa temperatura e introdurrà alcune strategie, con particolare attenzione alla ricerca e allo sviluppo della tecnologia di preriscaldamento delle batterie agli ioni di litio.
**IO. Impatto della temperatura bassa della batteria sulle prestazioni della batteria**
1. **Diminuzione della capacità di scarica della batteria:**
La capacità della batteria, uno dei parametri più cruciali, diminuisce significativamente in ambienti a bassa temperatura. L'osservazione della curva temperatura-capacità rivela che a -20°C la capacità è solo circa il 60% di quella a 15°C. Ciò è dovuto principalmente alla riduzione dell'attività del materiale dell'elettrodo positivo, che rallenta il movimento degli ioni di litio e determina una diminuzione della capacità.
2. **Aumento della resistenza interna:**
Esiste una chiara relazione tra resistenza interna della batteria e temperatura, con un aumento sostanziale della resistenza interna alle basse temperature. Questo perché diminuisce la capacità di diffusione e movimento degli ioni carichi nei materiali degli elettrodi positivi e negativi, portando ad un aumento della resistenza interna. La formazione di un film di passivazione tra l'elettrodo e l'elettrolita ostacola la libera circolazione degli ioni.
3. **Efficienza di carica e scarica ridotta:**
In condizioni di bassa temperatura della batteria, l’efficienza della ricarica viene influenzata in modo significativo. A -20°C, l'efficienza di ricarica è solo il 65% di quella a 15°C. Ciò è dovuto ai cambiamenti nelle prestazioni elettrochimiche che comportano il consumo di una notevole quantità di energia elettrica sotto forma di calore nella resistenza interna, riducendo così l'efficienza di carica.
**II. Reazioni secondarie all'interno delle batterie agli ioni di litio a basse temperature**
Oltre al degrado delle prestazioni, le batterie agli ioni di litio subiscono varie reazioni secondarie alle basse temperature, portando ad una diminuzione della capacità della batteria e al deterioramento delle prestazioni. Queste reazioni si verificano principalmente tra gli ioni di litio e l'elettrolita, formando reazioni irreversibili.
1. **Reazione dell'elettrodo negativo:**
Il potenziale del materiale dell'elettrodo negativo è molto inferiore a quello del materiale dell'elettrodo positivo, con conseguenti reazioni irreversibili che si verificano sull'elettrodo negativo, formando la problematica pellicola SEI ( Solid Electrolyte Interface ). Le crepe nel film SEI forniscono un canale di contatto diretto tra l'elettrolita e l'elettrodo, causando continue reazioni interne e un degrado delle prestazioni.
2. **Reazione dell'elettrodo positivo:**
L'attività ridotta del materiale dell'elettrodo positivo ostacola la diffusione e il movimento degli ioni di litio sull'elettrodo positivo. Il ciclo continuo provoca l'espansione e la contrazione degli elettrodi, portando alla rottura della pellicola SEI e influenzando ulteriormente le prestazioni della batteria.
**III. Ricerca e sviluppo della tecnologia di preriscaldamento a bassa temperatura delle batterie agli ioni di litio**
Di fronte alle sfide poste dalle batterie agli ioni di litio in ambienti a bassa temperatura, i tecnici hanno proposto strategie come la ricarica e il preriscaldamento per migliorare la capacità di scarica della batteria e la durata a lungo termine.
1. **Metodi di preriscaldamento:**
I metodi di preriscaldamento possono essere classificati in riscaldamento esterno e riscaldamento interno. Rispetto al riscaldamento esterno, il riscaldamento interno evita la conduzione del calore a lunga distanza e la formazione di punti caldi locali, fornendo un riscaldamento più uniforme della batteria, migliorando così l'efficienza del riscaldamento.
2. **Approccio al preriscaldamento con corrente alternata interna (CA):**
La ricerca si concentra sulla velocità e sull’efficienza del riscaldamento, con la necessità di prevenire reazioni secondarie come la deposizione di litio durante il preriscaldamento. Il sistema di gestione della batteria (BMS) deve stimare e controllare in tempo reale le condizioni per la deposizione del litio, richiedendo una tecnologia di riscaldamento della batteria con controllo a bassa temperatura basata su modello.
**Conclusione:**
Nel contesto del rapido sviluppo delle batterie agli ioni di litio, affrontare le sfide in ambienti a bassa temperatura diventa cruciale. Attraverso una ricerca approfondita sull'impatto sulle prestazioni delle batterie e la continua innovazione nella tecnologia di preriscaldamento, possiamo affrontare meglio i problemi prestazionali delle batterie agli ioni di litio in ambienti a bassa temperatura, migliorarne l'affidabilità e la durata e guidare lo sviluppo di nuove applicazioni energetiche .
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Orario di pubblicazione: 02 gennaio 2024
