鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:864次 | 2021年04月25日
有什么重要因素影響鋰硫電池化學(xué)動(dòng)力性能?
我國(guó)科技大學(xué)錢逸泰院士團(tuán)隊(duì)和王功名教授課題組通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論結(jié)合的方式,研究了金屬鈷基化合物在鋰硫化學(xué)中的動(dòng)力學(xué)行為,發(fā)現(xiàn)鈷基化合物中陰離子的價(jià)電子的p能帶中心相對(duì)費(fèi)米能級(jí)的位置,是影響鋰硫電池界面電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的重要因素。該研究成果日前發(fā)表在國(guó)際優(yōu)秀能源材料期刊《焦耳》雜志上。
鋰硫(Li-S)電池因高理論比容量、能量密度以及低成本等優(yōu)勢(shì)而備受關(guān)注。但充放電過(guò)程中間產(chǎn)物多硫化鋰的溶解引起穿梭效應(yīng),嚴(yán)重限制了其實(shí)際應(yīng)用。
科研人員通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)性能的研究,發(fā)現(xiàn)制備的金屬鈷基化合物表現(xiàn)出完全不同的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)行為。
DFT模擬結(jié)果以及同時(shí)電荷差分密度分析表明,通過(guò)嘗試關(guān)聯(lián)不同鈷基化合物的陰離子價(jià)帶的p能帶中心位置與多硫化合物電化學(xué)轉(zhuǎn)化的動(dòng)力學(xué)性能,發(fā)現(xiàn)改變陰離子價(jià)電子的p能帶中心相對(duì)費(fèi)米能級(jí)的位置,能夠有效調(diào)控界面電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)動(dòng)力學(xué),從而成為影響Li-S化學(xué)動(dòng)力學(xué)性能的重要因素。這一成果將為L(zhǎng)i-S電池應(yīng)用研發(fā)起到指導(dǎo)用途。理論上,的確可以通過(guò)加大電流來(lái)提升充電速度。但是電流太大的話,電池內(nèi)部鋰離子的擴(kuò)散速度跟不上電子擴(kuò)散速度,就會(huì)導(dǎo)致電子-離子運(yùn)脫節(jié),影響電池性能,能夠達(dá)到的充電容量也相應(yīng)減少,電池的壽命就更是慘不忍睹了,甚至?xí)衅鸹鸨ǖ奈kU(xiǎn)。
所以一般來(lái)說(shuō),在不趕時(shí)間的情況下我們建議盡量用慢充,有利于延長(zhǎng)電池的壽命。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
而鋰離子的擴(kuò)散速度,和溫度、正極的材料和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。
首先是溫度,一般來(lái)說(shuō)溫度越高自然是擴(kuò)散速度越快,但是溫度過(guò)高的話也會(huì)導(dǎo)致電池壽命降低、充電安全性下降等問(wèn)題。溫度過(guò)低的話同樣不行,氣溫過(guò)低的情況下,電池中的金屬鋰會(huì)發(fā)生沉積,從而造成電池內(nèi)部短路,尤其是磷酸鐵鋰離子電池。一般0℃時(shí)磷酸鐵鋰離子電池的容量大概只剩下60~70%左右,到了-20℃時(shí)就只剩下可憐的20~40%了。所以在氣候寒冷的北方冬季,電動(dòng)汽車必須要有給電池模組加熱的功能,由此耗電自然也更快。