'อุณหภูมิเย็น' นั้นคลุมเครืออย่างมาก ก่อนอื่นให้ฉันระบุจำนวนจริงและจำนวนจริง
อย่าชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนต่ำกว่า 32 ° F / 0 ° C กล่าวอีกนัยหนึ่งห้ามชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง
การทำเช่นนั้นแม้แต่ครั้งเดียวจะส่งผลให้สูญเสียกำลังการผลิตอย่างฉับพลันรุนแรงและถาวรตามคำสั่งของหลายสิบเปอร์เซ็นต์หรือมากกว่ารวมถึงความต้านทานภายในที่เพิ่มขึ้นอย่างคล้ายคลึงกันและถาวร ความเสียหายนี้เกิดขึ้นหลังจากเหตุการณ์ 'การชาร์จเย็น' ที่แยกได้เพียงครั้งเดียวและเป็นสัดส่วนกับความเร็วที่เซลล์ถูกชาร์จ
แต่ที่สำคัญกว่านั้นคือเซลล์ลิเธียมไอออนที่ถูกชาร์จความเย็นไม่ปลอดภัยและจะต้องนำกลับมาใช้ใหม่อย่างปลอดภัยหรือทิ้งไป โดยไม่ปลอดภัยฉันหมายความว่ามันจะทำงานได้ดีจนกว่าจะมีการระเบิดแบบสุ่มเนื่องจากการสั่นสะเทือนทางกลการกระแทกเชิงกลหรือเพิ่งถึงระดับประจุที่สูง
ตอนนี้เพื่อตอบคำถามของคุณจริง ๆ : ทำไมจึงเป็นเช่นนี้
ต้องมีการสรุปอย่างรวดเร็วว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทำงานอย่างไร พวกเขามีขั้วบวกและแคโทดและอิเล็กโทรไลต์เหมือนกับแบตเตอรี่อื่น ๆ แต่มีการบิด: ลิเธียมไอออนจะย้ายจากแคโทดไปยังขั้วบวกในระหว่างการชาร์จและintercalateเข้าไป ส่วนสำคัญของการสอดประสานระหว่างกันคือโมเลกุลหรือไอออน (ลิเทียมไอออนในกรณีนี้) ถูกอัดแน่นในระหว่างช่องว่างโมเลกุลของวัสดุตาข่ายบางส่วน
ในระหว่างการคายประจุไอออนลิเธียมจะออกจากขั้วบวกและกลับไปที่แคโทด ดังนั้นทั้งแคโทดและแอโนดจึงทำหน้าที่เป็น 'ฟองน้ำ' สำหรับไอออนลิเธียม
เมื่อไอออนลิเธียมไอออนส่วนใหญ่ถูกแทรกเข้าไปในแคโทด (หมายถึงแบตเตอรี่อยู่ในสถานะที่ค่อนข้างจะปล่อยประจุออกมา) วัสดุแคโทดจะขยายตัวเล็กน้อยเนื่องจากความตึงเครียดของปริมาตร นี่คือพลัง intercalation จะถูกแปลงเป็นความเครียดภายใน (คล้ายกับกระจก) ดังนั้นความเครียดปริมาตรจึงเล็กน้อย
ในระหว่างการชาร์จประจุลิเธียมไอออนจะออกจากขั้วลบและเข้าสู่ขั้วบวกของกราไฟต์ กราไฟต์นั้นเป็นคาร์บอนบิสกิตที่ทำจากชั้นของกราฟีนมากมายเพื่อสร้างโครงสร้างบิสกิตรวม โครงสร้างบิสกิตอเมริกัน
สิ่งนี้จะช่วยลดความสามารถของแอโนดกราไฟท์ในการแปลงแรงจากการแทรกซึมเป็นความเค้นภายในดังนั้นขั้วบวกจะได้รับความเครียดเชิงปริมาตรมากขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ - มากจนจะเพิ่มปริมาตร 10-20% สิ่งนี้จะต้องเป็น (และ - ยกเว้นในกรณีของแบตเตอรี่โทรศัพท์ซัมซุงบางรุ่น) ที่ได้รับอนุญาตสำหรับการออกแบบเซลล์ลิเธียมไอออน - มิฉะนั้นขั้วบวกสามารถลดลงอย่างช้าๆหรือแม้แต่การเจาะเยื่อหุ้มภายในที่แยกขั้วบวกออกจากขั้วลบ สั้นตายภายในเซลล์ แต่เพียงครั้งเดียว joules ได้ถูกผลักเข้าไปในเซลล์ (เช่นการขยายขั้วบวก)
ตกลงตกลง แต่สิ่งใดที่เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิที่เย็นจัด?
เมื่อคุณชาร์จเซลล์ลิเธียมไอออนที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งไอออนลิเธียมไอออนส่วนใหญ่จะไม่สามารถเข้าสู่ขั้วบวกของกราไฟท์ได้ พวกมันทำการใส่ขั้วบวกด้วยลิเธียมเมทัลลิกเหมือนกับการชุบเหรียญแอโนดด้วยโลหะมีค่าแคโทด ดังนั้นการชาร์จจะใช้ขั้วบวกกับลิเธียมแทนการชาร์จประจุใหม่ ไอออนบางตัวที่จะสอดแทรกเข้าไปในขั้วบวกและอะตอมบางส่วนในการชุบโลหะจะเคลื่อนที่ช้ากว่า 20+ ชั่วโมงหากเซลล์ได้รับอนุญาตให้พักได้ แต่ส่วนใหญ่จะไม่ นั่นคือที่มาของการลดกำลังการผลิตเพิ่มความต้านทานภายในและอันตราย
หากคุณอ่านคำตอบที่เกี่ยวข้องกับการแลกเปลี่ยนสแต็คกับคำถาม 'ทำไมจึงมีแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอยู่รอบตัวคุณด้วยความกลัว' คุณอาจเห็นว่าเกิดอะไรขึ้น
การชุบขั้วบวกของลิเธียมนี้ไม่ดีและราบรื่นและสม่ำเสมอ - มันก่อตัวเป็น dendrites, เส้นเอ็นเล็ก ๆ ที่แหลมคมของโลหะลิเธียมที่เพิ่มขึ้นบนขั้วบวก
เช่นเดียวกับกลไกความล้มเหลวอื่น ๆ ซึ่งในทำนองเดียวกันเกิดจากการชุบโลหะลิเธียมของขั้วบวก (แม้ว่าจะด้วยเหตุผลที่แตกต่างกัน), dendrites เหล่านี้สามารถสร้างแรงกดดันที่ไม่คาดคิดให้กับเยื่อแยกเมื่อขั้วบวกขยายตัวและบังคับให้มันเข้าไป สิ่งนี้จะทำให้เกิดพังผืดในวันหนึ่งล้มเหลวโดยไม่คาดคิด (หรือในทันทีบางครั้ง dendrite ก็โผล่เข้าไปในรูและสัมผัสกับแคโทด) แน่นอนนี้ทำให้เซลล์ระบายจุดชนวนอิเล็กโทรไลต์ติดไฟและทำลายวันหยุดสุดสัปดาห์ของคุณ (ดีที่สุด)
แต่คุณอาจสงสัยว่า " ทำไมอุณหภูมิที่ต่ำกว่าจุดเยือกแข็งจึงทำให้การชุบแอโนดของโลหะลิเธียม?"
และคำตอบที่โชคร้ายและไม่พอใจคือเราไม่รู้จริง ๆ เราต้องใช้การถ่ายภาพนิวตรอนเพื่อมองเข้าไปข้างในเซลล์ลิเธียมไอออนที่ทำงานได้และการพิจารณามีเพียงประมาณ 30 (31 ฉันคิดว่า?) เครื่องปฏิกรณ์วิจัยทั่วโลกที่ใช้งานอยู่ (เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ทำหน้าที่เป็นแหล่งนิวตรอน) มหาวิทยาลัยแทนที่จะใช้สำหรับการผลิตไอโซโทปทางการแพทย์และทุกคนจองการทดลองตลอด 24 ชั่วโมงทุกวันฉันคิดว่ามันเป็นเรื่องของความอดทน มีเพียงไม่กี่ตัวอย่างของการถ่ายภาพนิวตรอนของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเพียงเพราะขาดแคลนอุปกรณ์
ครั้งสุดท้ายที่นี้ใช้เฉพาะสำหรับปัญหาอุณหภูมิเย็นนี้คือ 2014 ผมเชื่อและนี่คือบทความ
แม้จะมีพาดหัว แต่ก็ยังไม่ได้รับการแก้ไขอย่างแท้จริงว่ามันคืออะไรที่ทำให้เกิดการชุบมากกว่าการหยุดชะงักเมื่อเซลล์มีอุณหภูมิต่ำ
น่าสนใจจริง ๆ แล้วมันเป็นไปได้ที่จะชาร์จลิเธียมไอออนเซลล์ด้านล่างการแช่แข็ง แต่เฉพาะที่กระแสต่ำมากต่ำกว่า 0.02C (มากกว่าเวลาชาร์จ 50 ชั่วโมง) นอกจากนี้ยังมีเซลล์แปลกใหม่อีกไม่กี่แห่งที่มีขายตามท้องตลาดซึ่งออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อให้เก็บประจุได้ในอุณหภูมิที่เย็นจัดโดยปกติจะมีค่าใช้จ่ายจำนวนมาก
หมายเหตุ:ฉันควรเพิ่มว่าการปล่อยแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งนั้นปลอดภัยอย่างสมบูรณ์ เซลล์ส่วนใหญ่มีระดับอุณหภูมิจำหน่ายที่ -20 ° C หรือต่ำกว่า ต้องหลีกเลี่ยงการชาร์จเซลล์ 'แช่แข็ง' เท่านั้น