Zemas temperatūras uzlādes ietekme uz litija akumulatoriem ir neatgriezeniska

Akumulatoru uzlāde vai izlāde zemā temperatūrā radīs neatgriezeniskus akumulatora bojājumus, izraisot jaudas samazināšanos un nopietnus drošības riskus. Ilgstoša uzglabāšana īpaši zemā temperatūrā (-20 grādi) arī radīs neatgriezeniskus akumulatora bojājumus un samazinās tā ietilpību.

1. Viss litija jonu akumulatora uzlādes process zemā temperatūrā

Litija jonu akumulatoru pozitīvais posms parasti ir trīskāršs (NCM), litija dzelzs fosfāta akumulators (LFP) un litija kobalta oksīda akumulators (LCO), un negatīvais elektrods ir grafīts (Gr). Kad akumulators tiek uzlādēts, litija joni pārvietojas no pozitīvās režģa konstantes pāri litija akumulatora elektrolīta diafragmai uz negatīvo elektrodu un tiek novietoti grafīta cietajā slānī. Uzlādējot un izlādējot, var saprast, ka tas iziet no grafīta negatīvā elektroda cietā slāņa un pēc tam atgriežas pie pozitīvās režģa konstantes.

Kad litija jonu akumulatora struktūras un uzlādes un izlādes procesa temperatūra ir zema, molekulārās kustības veiktspēja samazinās, viss reakcijas ātrums un materiāla pārneses process palēnināsies, tāpēc visredzamākais akumulatora lēnums ir litija jonu/ Litija molekulu transportēšana grafīta (negatīvā elektroda) cietā slānī un pozitīvās kārtas režģa konstante. Tāpēc elektriskajā posmā un litija akumulatora elektrolīta lapā ir nogulsnēts daudz litija. Uzlādējot akumulatoru, litija joni nevar tikt izspiesti grafīta slānī un paliks uz negatīvā elektroda virsmas, pārvēršoties metāliskā litijā un uzkrājoties litija dendritos. Uzlādes un izlādes laikā uz pozitīvās stadijas režģa konstantes virsmas tiek izspiesti litija joni, kas var viegli izraisīt pozitīvās stadijas plaisāšanu.

2. Zemas temperatūras akumulatora uzlāde izraisa litija nokrišņus, kā rezultātā rodas acīmredzami drošības riski

Litija dendrītu augšanas process: uzlādējot parastu akumulatoru, litija joni sakārtotā veidā iekļūst cietajā grafīta slānī, izraisot interkalācijas reakciju. Tomēr, uzlādējot zemas temperatūras akumulatoru, litija joni nevar iespiesties grafīta slānī, un elektroniskā ierīce vienmēr tos absorbēs uz negatīvā elektroda virsmas un kļūs par metālisku litiju, kā rezultātā notiek konversijas reakcija (reakcijas potenciāla atšķirība ir zemāka par interkalācijas reakciju, ko var saprast kā grūtāk notiekošu.Tomēr interkalācijas reakcijā esošām vielām ir grūti izplatīties, izraisot pārvēršanās reakcijas vieglu norisi zemā temperatūrā) un akumulēties litija dendritos. Kā mēs visi uzzinājām devītās klases ķīmijā, metāliskais litijs ir ļoti reaģējošs un var nekavējoties reaģēt ar litija akumulatora elektrolītu. Iegūtie ķīmiskie komponenti ir arī neatgriezeniski, izraisot jaudas zudumu. Turklāt metāla litijs turpina augt un attīstīties, un ir ļoti viegli caurdurt diafragmu un savienoties ar pozitīvo posmu, izraisot iekšēju īssavienojuma atteici un viegli izraisot nopietnākus drošības negadījumus.

3. Zemas temperatūras uzlāde un izlāde izraisa pozitīva līmeņa daļiņu plaisāšanu

Zemas temperatūras uzlādes un izlādes laikā litija joni tiek izspiesti uz pozitīvā līmeņa režģa konstantes virsmas, kas var viegli izraisīt pozitīva līmeņa aktīvo daļiņu plaisāšanu. No vienas puses, tas rada bojājumus pozitīvas enerģijas izejvielām, radot jaudas bojājumus. Turklāt lieko ķīmisko elementu nogulsnes pozitīvajā elektrodā tiks pārnestas uz negatīvā elektroda virsmu un pārvērstas metāliskās daļiņās, izraisot litija uzkrāšanās veidošanos.

4. Zemas temperatūras uzglabāšana samazina akumulatora jaudu

Nesen daži pētnieki atklāja, ka akumulators tika uzglabāts tikai zemā temperatūrā 48 stundas un pēc tam tika novietots istabas temperatūrā atpūtai, un pēc tam tika pārbaudīta jauda. Konstatēts, ka akumulatoriem, kas ilgstoši mērcēti augstā temperatūrā, lādējot ar mazu ātrumu (lēnā uzlāde), kapacitāte samazināsies par 3,2%, bet, lādējot ar lielu ātrumu (ātrā uzlāde), kapacitāte būs samazināts par 6%.

Faktori, kas izraisa kapacitātes samazināšanos, ir:

1) Zema temperatūra pastiprina pozitīvās stadijas plaisāšanu.

2) Zema temperatūra, iespējams, izraisīs pozitīva līmeņa daļiņu rotāciju, tādējādi izraisot to atdalīšanu no līmvielas un fotoelektrokatalītisko aktivitāti.