**Einführung:**
Mit der rasanten Entwicklung neuer Energiequellen werden Lithium-Ionen-Batterien in verschiedenen Bereichen weit verbreitet eingesetzt.In Umgebungen mit niedrigen Temperaturen stehen Lithium-Ionen-Batterien jedoch vor einer Reihe von Leistungsherausforderungen, darunter eine Verringerung der Entladekapazität, ein Anstieg des Innenwiderstands und eine Verringerung der Lade- und Entladeeffizienz.Dieser Artikel befasst sich mit den Problemen von Lithium-Ionen-Batterien bei niedrigen Temperaturen und stellt einige Strategien vor, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf der Forschung und Entwicklung der Vorheiztechnologie für Lithium-Ionen-Batterien liegt.
**ICH.Auswirkungen einer niedrigen Batterietemperatur auf die Batterieleistung**
1. **Abnahme der Batterieentladekapazität:**
Die Batteriekapazität, einer der wichtigsten Parameter, nimmt in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen erheblich ab.Die Betrachtung der Temperatur-Kapazitäts-Kurve zeigt, dass die Kapazität bei -20 °C nur etwa 60 % der Kapazität bei 15 °C beträgt.Dies ist in erster Linie auf die verringerte Aktivität des positiven Elektrodenmaterials zurückzuführen, was die Bewegung von Lithiumionen verlangsamt und zu einer verringerten Kapazität führt.
2. **Erhöhung des Innenwiderstands:**
Es besteht ein klarer Zusammenhang zwischen dem Innenwiderstand der Batterie und der Temperatur, wobei der Innenwiderstand bei niedrigen Temperaturen erheblich zunimmt.Dies liegt daran, dass die Diffusions- und Bewegungsfähigkeit geladener Ionen in den positiven und negativen Elektrodenmaterialien abnimmt, was zu einem Anstieg des Innenwiderstands führt.Die Bildung eines Passivierungsfilms zwischen Elektrode und Elektrolyt behindert die freie Bewegung der Ionen.
3. **Reduzierte Lade- und Entladeeffizienz:**
Bei niedrigen Batterietemperaturen wird die Ladeeffizienz erheblich beeinträchtigt.Bei -20 °C beträgt die Ladeeffizienz nur 65 % im Vergleich zu 15 °C.Dies ist auf Veränderungen in der elektrochemischen Leistung zurückzuführen, die dazu führen, dass eine beträchtliche Menge elektrischer Energie als Wärme im Innenwiderstand verbraucht wird, wodurch die Ladeeffizienz verringert wird.
**II.Sekundärreaktionen in Lithium-Ionen-Batterien bei niedrigen Temperaturen**
Zusätzlich zum Leistungsabfall unterliegen Lithium-Ionen-Batterien bei niedrigen Temperaturen verschiedenen Sekundärreaktionen, die zu einem Rückgang der Batteriekapazität und einer Verschlechterung der Leistung führen.Diese Reaktionen finden hauptsächlich zwischen Lithiumionen und dem Elektrolyten statt und bilden irreversible Reaktionen.
1. **Negative Elektrodenreaktion:**
Das Potenzial des negativen Elektrodenmaterials ist viel niedriger als das des positiven Elektrodenmaterials, was zu irreversiblen Reaktionen an der negativen Elektrode führt und den problematischen SEI-Film (Solid Electrolyte Interface) bildet.Risse im SEI-Film stellen einen direkten Kontaktkanal zwischen Elektrolyt und Elektrode dar und verursachen kontinuierliche interne Reaktionen und Leistungseinbußen.
2. **Positive Elektrodenreaktion:**
Die verringerte Aktivität des positiven Elektrodenmaterials behindert die Diffusion und Bewegung von Lithiumionen an der positiven Elektrode.Kontinuierliche Zyklen führen zu einer Ausdehnung und Kontraktion der Elektrode, was zum Bruch des SEI-Films führt und die Batterieleistung weiter beeinträchtigt.
**III.Forschung und Entwicklung der Niedertemperatur-Vorheiztechnologie für Lithium-Ionen-Batterien**
Angesichts der Herausforderungen, die Lithium-Ionen-Batterien in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen mit sich bringen, haben Techniker Strategien wie Laden und Vorheizen vorgeschlagen, um die Entladekapazität und die langfristige Lebensdauer der Batterie zu verbessern.
1. **Vorwärmmethoden:**
Vorwärmmethoden können in externe Erwärmung und interne Erwärmung eingeteilt werden.Im Vergleich zur Außenheizung vermeidet die Innenheizung die Wärmeleitung über große Entfernungen und die Bildung lokaler Hotspots, sorgt für eine gleichmäßigere Erwärmung der Batterie und verbessert so die Heizeffizienz.
2. **Vorheizansatz mit internem Wechselstrom (AC):**
Die Forschung konzentriert sich auf Aufheizgeschwindigkeit und -effizienz, wobei Sekundärreaktionen wie Lithiumablagerungen während des Vorheizens verhindert werden müssen.Das Batteriemanagementsystem (BMS) muss die Bedingungen für die Lithiumablagerung in Echtzeit abschätzen und steuern, was eine modellbasierte Batterieheiztechnologie zur Niedertemperatursteuerung erfordert.
**Abschluss:**
Im Zusammenhang mit der rasanten Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien wird die Bewältigung der Herausforderungen in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen von entscheidender Bedeutung.Durch eingehende Forschung zu den Auswirkungen auf die Batterieleistung und kontinuierliche Innovation in der Vorheiztechnologie können wir die Leistungsprobleme von Lithium-Ionen-Batterien in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen besser angehen, ihre Zuverlässigkeit und Lebensdauer verbessern und die Entwicklung neuer Energieanwendungen vorantreiben .
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 02.01.2024
