สภาพแวดล้อมที่ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์มีความสำคัญอย่างยิ่งต่ออายุการใช้งานของแบตเตอรี่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งอุณหภูมิแวดล้อม อุณหภูมิแวดล้อมที่ต่ำหรือสูงเกินไปอาจส่งผลต่ออายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ ในการใช้งานแบตเตอรี่กำลังสูงและการใช้งานที่อุณหภูมิเป็นปัจจัยหลัก การจัดการความร้อนของแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์จึงมีความจำเป็นเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของแบตเตอรี่

สาเหตุของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิภายในของชุดแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์

สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ความร้อนที่เกิดขึ้นภายในนั้นประกอบด้วยความร้อนจากปฏิกิริยา ความร้อนจากการโพลาไรเซชัน และความร้อนจูล สาเหตุหลักประการหนึ่งที่ทำให้แบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์มีอุณหภูมิสูงขึ้นคือ การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่เกิดจากความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ นอกจากนี้ เนื่องจากการจัดวางเซลล์ที่ทำให้เกิดความร้อนอย่างหนาแน่น บริเวณตรงกลางจึงมีแนวโน้มที่จะสะสมความร้อนมากกว่าบริเวณขอบ ซึ่งทำให้เกิดความไม่สมดุลของอุณหภูมิระหว่างเซลล์แต่ละเซลล์ในแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์

วิธีการควบคุมอุณหภูมิของแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์

1. การปรับแต่งภายใน

เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิจะถูกติดตั้งในตำแหน่งที่แสดงถึงลักษณะเฉพาะและมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิมากที่สุด โดยเฉพาะอย่างยิ่งบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงสุดและต่ำสุด รวมถึงบริเวณใจกลางของแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ซึ่งเป็นบริเวณที่มีการสะสมความร้อนสูงที่สุด

1. การควบคุมจากภายนอก

การควบคุมการระบายความร้อน: ในปัจจุบัน เนื่องจากโครงสร้างการจัดการความร้อนของแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์มีความซับซ้อน แบตเตอรี่ส่วนใหญ่จึงใช้โครงสร้างที่เรียบง่ายกว่า คือ วิธีการระบายความร้อนด้วยอากาศ และเพื่อความสม่ำเสมอในการกระจายความร้อน แบตเตอรี่ส่วนใหญ่จึงใช้วิธีการระบายอากาศแบบขนาน

1. การควบคุมอุณหภูมิ: โครงสร้างการให้ความร้อนที่ง่ายที่สุดคือการเพิ่มแผ่นทำความร้อนที่ด้านบนและด้านล่างของแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์เพื่อให้ความร้อน หรืออาจมีท่อทำความร้อนก่อนและหลังแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์แต่ละก้อน หรือใช้ฟิล์มทำความร้อนพันรอบแบตเตอรี่แบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์เพื่อการทำความร้อน

สาเหตุหลักที่ทำให้ความจุของแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ลดลงที่อุณหภูมิต่ำ

1. การนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรไลต์ต่ำ การเปียกและการซึมผ่านของไดอะแฟรมไม่ดี การเคลื่อนที่ของไอออนลิเธียมช้าลง อัตราการถ่ายโอนประจุที่ส่วนต่อประสานระหว่างอิเล็กโทรดและอิเล็กโทรไลต์ช้าลง เป็นต้น

2. นอกจากนี้ ค่าความต้านทานของเยื่อ SEI จะเพิ่มขึ้นที่อุณหภูมิต่ำ ทำให้การเคลื่อนที่ของไอออนลิเธียมผ่านส่วนต่อประสานระหว่างอิเล็กโทรดและอิเล็กโทรไลต์ช้าลง สาเหตุหนึ่งที่ทำให้ค่าความต้านทานของฟิล์ม SEI เพิ่มขึ้นคือ ไอออนลิเธียมจะหลุดออกจากอิเล็กโทรดลบได้ง่ายขึ้นที่อุณหภูมิต่ำ และฝังตัวได้ยากขึ้น

3. ในระหว่างการชาร์จไฟ โลหะลิเธียมจะปรากฏขึ้นและทำปฏิกิริยากับอิเล็กโทรไลต์เพื่อสร้างฟิล์ม SEI ใหม่ขึ้นมาปกคลุมฟิล์ม SEI เดิม ซึ่งจะเพิ่มความต้านทานของแบตเตอรี่และทำให้ความจุของแบตเตอรี่ลดลง

อุณหภูมิต่ำส่งผลต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์

1. อุณหภูมิต่ำที่มีผลต่อประสิทธิภาพการชาร์จและการคายประจุ

เมื่ออุณหภูมิลดลง แรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยและความจุในการคายประจุจะลดลงแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ประสิทธิภาพจะลดลง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่ออุณหภูมิอยู่ที่ -20 ℃ ความจุในการคายประจุของแบตเตอรี่และแรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยในการคายประจุจะลดลงเร็วขึ้น

2. ประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิต่ำในรอบการทำงาน

ความจุของแบตเตอรี่ลดลงเร็วขึ้นที่อุณหภูมิ -10℃ และความจุคงเหลือเพียง 59mAh/g หลังจาก 100 รอบการใช้งาน โดยลดลงถึง 47.8% เมื่อทดสอบแบตเตอรี่ที่คายประจุในอุณหภูมิต่ำด้วยการชาร์จและคายประจุที่อุณหภูมิห้อง พบว่าความจุฟื้นตัวได้ถึง 70.8mAh/g โดยสูญเสียความจุไป 68% ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการใช้งานแบตเตอรี่ในอุณหภูมิต่ำมีผลกระทบต่อการฟื้นตัวของความจุแบตเตอรี่มากกว่า

3. ผลกระทบของอุณหภูมิต่ำต่อประสิทธิภาพด้านความปลอดภัย

การชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์เป็นกระบวนการที่ไอออนลิเธียมเคลื่อนตัวออกจากขั้วบวกผ่านอิเล็กโทรไลต์ไปยังวัสดุขั้วลบ ไอออนลิเธียมจะเกิดปฏิกิริยาโพลิเมอร์กับขั้วลบ โดยอะตอมคาร์บอนหกอะตอมจะจับไอออนลิเธียมไว้ ที่อุณหภูมิต่ำ กิจกรรมของปฏิกิริยาเคมีจะลดลง ในขณะที่การเคลื่อนที่ของไอออนลิเธียมช้าลง ไอออนลิเธียมบนพื้นผิวของขั้วลบที่ยังไม่ได้ฝังตัวจะถูกรีดิวซ์เป็นโลหะลิเธียม และเกิดการตกตะกอนบนพื้นผิวของขั้วลบกลายเป็นเดนไดรต์ลิเธียม ซึ่งสามารถเจาะทะลุแผ่นกั้นทำให้เกิดการลัดวงจรในแบตเตอรี่ได้ง่าย ซึ่งอาจทำให้แบตเตอรี่เสียหายและก่อให้เกิดอุบัติเหตุทางความปลอดภัยได้

สุดท้ายนี้ เราขอเตือนอีกครั้งว่าไม่ควรชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ในช่วงฤดูหนาวที่มีอุณหภูมิต่ำ เนื่องจากอุณหภูมิต่ำจะทำให้ไอออนลิเธียมที่เกาะอยู่บนขั้วลบเกิดการตกผลึกไอออน ซึ่งจะเจาะทะลุแผ่นไดอะแฟรมโดยตรง ทำให้เกิดการลัดวงจรขนาดเล็ก ส่งผลต่ออายุการใช้งานและประสิทธิภาพ และอาจถึงขั้นระเบิดได้ ดังนั้นบางคนจึงพบว่าไม่สามารถชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ในฤดูหนาวได้ ซึ่งส่วนหนึ่งเป็นเพราะระบบจัดการแบตเตอรี่มีการป้องกันผลิตภัณฑ์