**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 basse temperature, le batterie agli ioni di litio devono affrontare una serie di sfide 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.
**I. Impatto della bassa temperatura della batteria sulle prestazioni della batteria**
1. **Riduzione della capacità di scarica della batteria:**
La capacità della batteria, uno dei parametri più cruciali, diminuisce significativamente in ambienti a bassa temperatura. Osservando la curva temperatura-capacità, si scopre 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 si traduce in una riduzione della capacità.
2. **Aumento della resistenza interna:**
Esiste una chiara relazione tra la resistenza interna della batteria e la temperatura, con un aumento sostanziale della resistenza interna a basse temperature. Questo perché la capacità di diffusione e movimento degli ioni carichi nei materiali degli elettrodi positivo e negativo diminuisce, con conseguente aumento della resistenza interna. La formazione di un film di passivazione tra l'elettrodo e l'elettrolita ostacola il libero movimento degli ioni.
3. **Riduzione dell'efficienza di carica e scarica:**
In condizioni di bassa temperatura della batteria, l'efficienza di carica è significativamente compromessa. A -20 °C, l'efficienza di carica è solo il 65% di quella a 15 °C. Ciò è dovuto a variazioni nelle prestazioni elettrochimiche che causano 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 diverse reazioni secondarie a basse temperature, che ne riducono la capacità e ne peggiorano le prestazioni. Queste reazioni si verificano principalmente tra gli ioni di litio e l'elettrolita, dando origine a reazioni irreversibili.
1. **Reazione dell'elettrodo negativo:**
Il potenziale del materiale dell'elettrodo negativo è molto inferiore a quello del materiale dell'elettrodo positivo, causando reazioni irreversibili a livello dell'elettrodo negativo, con la formazione del problematico film di interfaccia elettrolitica solida (SEI). Le crepe nel film SEI creano 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:**
La ridotta attività del materiale dell'elettrodo positivo ostacola la diffusione e il movimento degli ioni di litio a livello dell'elettrodo positivo. Il ciclo continuo causa l'espansione e la contrazione dell'elettrodo, portando alla rottura del film SEI e compromettendo 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 basse temperature, i tecnici hanno proposto strategie come la carica e il preriscaldamento per migliorare la capacità di scarica della batteria e la sua durata a lungo termine.
1. **Metodi di preriscaldamento:**
I metodi di preriscaldamento possono essere suddivisi 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 localizzati, garantendo un riscaldamento più uniforme della batteria e migliorando così l'efficienza del riscaldamento.
2. **Approccio di preriscaldamento a corrente alternata interna (CA):**
La ricerca si concentra sulla velocità e l'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 di litio, richiedendo una tecnologia di riscaldamento della batteria a bassa temperatura basata su modelli.
**Conclusione:**
Nel contesto del rapido sviluppo delle batterie agli ioni di litio, affrontare le sfide degli 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 al meglio i problemi di prestazioni 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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Data di pubblicazione: 02-01-2024
