In recent years, people have put forward clearer and stricter requirements for the low-temperature charging performance of lithium-ion batteries. The prerequisite for meeting the low-temperature charging needs is to ensure the safety of lithium-ion batteries. During the low-temperature charging process, the negative electrode cannot undergo lithium evolution, which also puts forward clearer application requirements for materials used in lithium-ion batteries. At present, the main negative electrode materials used for large-scale applications in lithium-ion batteries are natural graphite and artificial graphite. From the structure of graphite materials and the low-temperature charging performance of battery cells, it cannot meet the performance requirements of lithium-ion batteries for low-temperature charging at the application end. Compared with artificial graphite, soft carbon materials have the structural characteristics of large interlayer spacing (>0.34nm), řazení s krátkým dosahem a vzdálená porucha, stejně jako vynikající výkon při nízké teplotě. Nízká reverzibilní specifická kapacita, počáteční účinnost a hustota zhutnění měkkého uhlíku však značně omezují jeho použití v lithium-iontových bateriích. Smíchání měkkého uhlíku s umělým grafitem v určitém poměru může účinně zlepšit výkon nízkoteplotního nabíjení bateriového článku, aniž by to způsobilo nadměrné potíže a ztráty při výrobě a výkonu bateriového článku.
Faktory omezující nízkoteplotní výkon lithium-iontových baterií
V prostředí s nízkou teplotou se viskozita elektrolytu zvyšuje a dokonce částečně tuhne, což vede ke snížení vodivosti lithium-iontových baterií.
Kompatibilita mezi elektrolytem, zápornou elektrodou a separátorem se zhoršuje v prostředí s nízkou teplotou.
Za podmínek nízké teploty záporná elektroda lithium-iontových baterií zažívá silné srážení lithia a vysrážené kovové lithium reaguje s elektrolytem, což vede k usazování produktů, které zvyšují tloušťku rozhraní elektrolytu v pevné fázi (SEI).
V prostředí s nízkou teplotou se difúzní systém uvnitř aktivního materiálu lithium-iontových baterií snižuje a výrazně se zvyšuje impedance přenosu náboje (Rct).
V současné době se výzkumníci stále dohadují o hlavních faktorech, které způsobují špatný výkon lithium-iontových baterií při nízkých teplotách, ale existují pro to tři důvody:
1. Při nízkých teplotách se zvyšuje viskozita elektrolytu a snižuje se vodivost;
2. Zvyšuje se impedance obličejové masky a impedance přenosu náboje na rozhraní elektrolyt/elektroda;
3. Rychlost migrace iontů lithia v aktivní látce klesá, což má za následek zvýšenou polarizaci elektrody a sníženou kapacitu vybíjení náboje při nízkých teplotách.
Kromě toho se během nízkoteplotního nabíjení, zejména během nízkoteplotního vysokorychlostního nabíjení, vysráží kovové lithium a usadí se na záporné elektrodě. Usazené kovové lithium snadno nevratně reaguje s elektrolytem a spotřebuje velké množství elektrolytu. Současně se dále zvýší tloušťka filmu SEI, což povede k dalšímu zvýšení impedance obličejové masky na záporné elektrodě baterie a dalšímu zlepšení polarizace baterie, což značně poškodí výkon při nízkých teplotách, životnost a bezpečnostní výkon baterie.