**Introducción:**
Con el rápido desarrollo de nuevas fuentes de energía, las baterías de iones de litio se utilizan ampliamente en diversos campos. Sin embargo, en entornos de baja temperatura, estas baterías se enfrentan a una serie de desafíos de rendimiento, como la disminución de la capacidad de descarga, el aumento de la resistencia interna y la reducción de la eficiencia de carga y descarga. Este artículo profundizará en los problemas de las baterías de iones de litio en condiciones de baja temperatura y presentará algunas estrategias, con especial atención a la investigación y el desarrollo de la tecnología de precalentamiento de baterías de iones de litio.
**I. Impacto de la baja temperatura de la batería en el rendimiento de la batería**
1. **Disminución de la capacidad de descarga de la batería:**
La capacidad de la batería, uno de los parámetros más cruciales, disminuye significativamente en entornos de baja temperatura. La observación de la curva de temperatura-capacidad revela que, a -20 °C, la capacidad es solo aproximadamente el 60 % de la de 15 °C. Esto se debe principalmente a la reducción de la actividad del material del electrodo positivo, lo que ralentiza el movimiento de los iones de litio y resulta en una disminución de la capacidad.
2. **Aumento de la resistencia interna:**
Existe una clara relación entre la resistencia interna de la batería y la temperatura, con un aumento sustancial de la resistencia interna a bajas temperaturas. Esto se debe a que la capacidad de difusión y movimiento de los iones cargados en los materiales de los electrodos positivo y negativo disminuye, lo que conlleva un aumento de la resistencia interna. La formación de una película de pasivación entre el electrodo y el electrolito dificulta el libre movimiento de los iones.
3. **Eficiencia de carga y descarga reducida:**
A bajas temperaturas de la batería, la eficiencia de carga se ve significativamente afectada. A -20 °C, la eficiencia de carga es solo del 65 % de la de 15 °C. Esto se debe a cambios en el rendimiento electroquímico, que provocan un consumo considerable de energía eléctrica en forma de calor en la resistencia interna, lo que reduce la eficiencia de carga.
**II. Reacciones secundarias en baterías de iones de litio a bajas temperaturas**
Además de la degradación del rendimiento, las baterías de iones de litio experimentan diversas reacciones secundarias a bajas temperaturas, lo que provoca una disminución de su capacidad y un deterioro del rendimiento. Estas reacciones ocurren principalmente entre los iones de litio y el electrolito, dando lugar a reacciones irreversibles.
1. **Reacción del electrodo negativo:**
El potencial del material del electrodo negativo es mucho menor que el del positivo, lo que provoca reacciones irreversibles en este último y forma la problemática película de interfaz electrolítica sólida (IES). Las grietas en la IES proporcionan un canal de contacto directo entre el electrolito y el electrodo, lo que provoca reacciones internas continuas y una degradación del rendimiento.
2. **Reacción del electrodo positivo:**
La actividad reducida del material del electrodo positivo dificulta la difusión y el movimiento de los iones de litio en dicho electrodo. El ciclo continuo provoca la expansión y contracción del electrodo, lo que provoca la rotura de la película SEI y afecta aún más el rendimiento de la batería.
**III. Investigación y desarrollo de la tecnología de precalentamiento a baja temperatura de baterías de iones de litio**
Ante los retos que plantean las baterías de iones de litio en entornos de baja temperatura, los técnicos han propuesto estrategias como la carga y el precalentamiento para mejorar la capacidad de descarga de la batería y su vida útil a largo plazo.
1. **Métodos de precalentamiento:**
Los métodos de precalentamiento se clasifican en externo e interno. A diferencia del externo, el interno evita la conducción de calor a larga distancia y la formación de puntos calientes locales, lo que proporciona un calentamiento más uniforme de la batería y, por consiguiente, mejora la eficiencia del calentamiento.
2. **Enfoque de precalentamiento de corriente alterna (CA) interna:**
La investigación se centra en la velocidad y la eficiencia del calentamiento, con la necesidad de prevenir reacciones secundarias como la deposición de litio durante el precalentamiento. El Sistema de Gestión de Baterías (BMS) debe estimar y controlar en tiempo real las condiciones para la deposición de litio, lo que requiere una tecnología de calentamiento de baterías con control de baja temperatura basada en modelos.
**Conclusión:**
En el contexto del rápido desarrollo de las baterías de iones de litio, abordar los desafíos en entornos de baja temperatura se vuelve crucial. Mediante una investigación exhaustiva sobre el impacto en el rendimiento de las baterías y la innovación continua en la tecnología de precalentamiento, podemos abordar mejor los problemas de rendimiento de las baterías de iones de litio en entornos de baja temperatura, mejorar su fiabilidad y vida útil, e impulsar el desarrollo de nuevas aplicaciones energéticas.
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Hora de publicación: 02-ene-2024
