Kể từ khi pin lithium-ion xuất hiện trên thị trường, chúng đã được sử dụng rộng rãi do tuổi thọ cao, dung lượng riêng lớn và không có hiệu ứng nhớ. Việc sử dụng pin lithium-ion ở nhiệt độ thấp có các vấn đề như dung lượng thấp, suy giảm nghiêm trọng, hiệu suất tốc độ chu kỳ kém, kết tủa lithium khác biệt và quá trình chiết xuất lithium không cân bằng. Tuy nhiên, khi phạm vi sử dụng tiếp tục mở rộng, những hạn chế do hiệu suất nhiệt độ thấp của pin lithium-ion mang lại ngày càng rõ rệt.

Theo báo cáo, khả năng xả của pin lithium-ion ở -20°C chỉ bằng 31,5% nhiệt độ phòng. Nhiệt độ hoạt động của pin lithium-ion truyền thống là từ -20 đến +55°C. Tuy nhiên, trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, công nghiệp và xe điện, pin được yêu cầu hoạt động bình thường ở -40°C. Do đó, việc cải thiện hiệu suất nhiệt độ thấp của pin lithium-ion có tầm quan trọng sống còn.

Các yếu tố hạn chế hiệu suất nhiệt độ thấp của pin lithium-ion

Trong môi trường nhiệt độ thấp, độ nhớt của chất điện phân tăng lên, thậm chí đông đặc một phần, dẫn đến giảm độ dẫn điện của pin lithium-ion.

Trong môi trường nhiệt độ thấp, khả năng tương thích giữa chất điện phân, điện cực âm và chất phân tách trở nên kém.

Trong môi trường nhiệt độ thấp, điện cực âm của pin lithium ion bị kết tủa nghiêm trọng và lithium kim loại kết tủa phản ứng với chất điện phân, và sự lắng đọng sản phẩm làm tăng độ dày của giao diện chất điện phân rắn (SEI).

Trong môi trường nhiệt độ thấp, hệ thống khuếch tán bên trong vật liệu hoạt tính của pin lithium-ion bị giảm và điện trở chuyển điện tích (Rct) tăng lên đáng kể.

Thảo luận về các yếu tố quyết định ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt độ thấp của pin lithium-ion

1: Chất điện phân có tác động lớn nhất đến hiệu suất nhiệt độ thấp của pin lithium-ion, thành phần cũng như tính chất vật lý và hóa học của chất điện phân có tác động quan trọng đến hiệu suất nhiệt độ thấp của pin. Vấn đề mà chu trình pin gặp phải ở nhiệt độ thấp là: độ nhớt của chất điện phân sẽ tăng lên và tốc độ dẫn ion sẽ chậm lại, dẫn đến tốc độ di chuyển electron của mạch ngoài không phù hợp, do đó pin sẽ bị phân cực nghiêm trọng và công suất sạc và xả sẽ giảm mạnh. Đặc biệt khi sạc ở nhiệt độ thấp, các ion lithium có khả năng hình thành các sợi nhánh lithium trên bề mặt của điện cực âm, gây hỏng pin.

Hiệu suất nhiệt độ thấp của chất điện phân có liên quan mật thiết đến độ dẫn điện của chính chất điện phân. Độ dẫn điện cao của chất điện phân có thể vận chuyển ion nhanh hơn và có thể phát huy công suất lớn hơn ở nhiệt độ thấp. Càng nhiều muối lithium trong chất điện phân phân ly, số lần di chuyển càng lớn và độ dẫn điện càng cao. Độ dẫn điện càng cao, khả năng dẫn ion càng nhanh, độ phân cực càng nhỏ và hiệu suất của pin ở nhiệt độ thấp càng tốt. Do đó, độ dẫn điện cao hơn là điều kiện cần thiết để đạt được hiệu suất tốt ở nhiệt độ thấp của pin lithium-ion.

Độ dẫn điện của chất điện phân có liên quan đến thành phần của chất điện phân và giảm độ nhớt của dung môi là một trong những cách để tăng độ dẫn điện của chất điện phân. Tính lưu động của dung môi tốt ở nhiệt độ thấp là sự đảm bảo cho sự di chuyển của ion. Màng điện phân rắn được hình thành bởi chất điện phân trên điện cực âm ở nhiệt độ thấp cũng là chìa khóa để dẫn các ion lithium. RSEI là trở kháng quan trọng của lithium đối với pin ion trong môi trường nhiệt độ thấp.

2: Yếu tố quan trọng hạn chế hiệu suất ở nhiệt độ thấp của pin lithium-ion là sự gia tăng nhanh chóng điện trở khuếch tán Li+ ở nhiệt độ thấp chứ không phải màng SEI.

Theo như công nghệ hiện tại, pin lithium-ion chỉ có thể được thay thế bằng pin mới nếu có vấn đề, không có công nghệ nào trên thị trường có thể sửa chữa pin lithium-ion!

Ngược lại, công nghệ sửa chữa ắc quy chì-axit đã trưởng thành hơn rất nhiều, và một phần lớn ắc quy chì-axit bị loại bỏ có thể được sử dụng sau khi sửa chữa!