Η χρήση μπαταριών ιόντων λιθίου είναι περιορισμένη σε περιβάλλοντα χαμηλής θερμοκρασίας, καθώς η ικανότητα εκφόρτισής τους θα μειωθεί σημαντικά και δεν μπορούν να φορτιστούν σε χαμηλές θερμοκρασίες. Κατά τη φόρτιση σε χαμηλή θερμοκρασία, η εισαγωγή ιόντων λιθίου στο ηλεκτρόδιο γραφίτη της μπαταρίας και η αντίδραση επιμετάλλωσης λιθίου συνυπάρχουν και ανταγωνίζονται μεταξύ τους. Σε συνθήκες χαμηλής θερμοκρασίας, η διάχυση των ιόντων λιθίου στον γραφίτη αναστέλλεται και η αγωγιμότητα του ηλεκτρολύτη μειώνεται, οδηγώντας σε μείωση του ρυθμού εισαγωγής. Στην επιφάνεια του γραφίτη, η αντίδραση επιμετάλλωσης λιθίου είναι πιο πιθανό να συμβεί.
Έρευνα έχει δείξει ότι μια μπαταρία χωρητικότητας 3500 mAh, εάν λειτουργεί σε περιβάλλον -10 μοιρών , μετά από λιγότερους από 100 κύκλους φόρτισης και εκφόρτισης, θα υποστεί απότομη μείωση της χωρητικότητας της μπαταρίας στα 500 mAh και ουσιαστικά καταργείται. Δηλαδή, σε περιβάλλον εργασίας -10 βαθμού , εάν ένα ηλεκτρικό όχημα φορτίζεται και αποφορτίζεται μία φορά την ημέρα, η μπαταρία θα πρέπει να απορριφθεί και να αντικατασταθεί με νέα μετά από τρεις μήνες.
Οι λόγοι που επηρεάζουν την απόδοση των μπαταριών φωσφορικού σιδήρου λιθίου σε χαμηλή θερμοκρασία:
1. Θετική δομή ηλεκτροδίου
Η τρισδιάστατη δομή του υλικού του θετικού ηλεκτροδίου περιορίζει τον ρυθμό διάχυσης των μπαταριών φωσφορικού σιδήρου λιθίου, ειδικά σε χαμηλές θερμοκρασίες. Διαφορετικά υλικά θετικών ηλεκτροδίων έχουν διαφορετικές τρισδιάστατες δομές. Επί του παρόντος, σημαντικά υλικά θετικών ηλεκτροδίων που χρησιμοποιούνται σε μπαταρίες ιόντων λιθίου για ηλεκτρικά οχήματα είναι ο φωσφορικός σίδηρος λιθίου, τριμερή υλικά νικελίου κοβαλτίου μαγγανίου και το οξείδιο του μαγγανίου λιθίου. Η ικανότητα εκφόρτισης των μπαταριών φωσφορικού σιδήρου λιθίου μπορεί να φτάσει μόνο το 67,38% της χωρητικότητας σε θερμοκρασία δωματίου σε -20 βαθμούς , ενώ οι τριμερείς μπαταρίες νικελίου κοβαλτίου μαγγανίου μπορεί να φτάσει το 70,1%.
2. Διαλύτης υψηλού σημείου τήξης
Λόγω της παρουσίας διαλυτών υψηλού σημείου τήξης στον μικτό διαλύτη του ηλεκτρολύτη, το ιξώδες του ηλεκτρολύτη μπαταρίας ιόντων λιθίου αυξάνεται σε χαμηλές θερμοκρασίες. Όταν η θερμοκρασία είναι πολύ χαμηλή, συμβαίνει στερεοποίηση του ηλεκτρολύτη, οδηγώντας σε μείωση του ρυθμού μετάδοσης των ιόντων λιθίου στον ηλεκτρολύτη.
3. Ρυθμός διάχυσης ιόντων λιθίου
Ο ρυθμός διάχυσης των ιόντων λιθίου στα αρνητικά ηλεκτρόδια γραφίτη μειώνεται υπό συνθήκες χαμηλής θερμοκρασίας. Η αύξηση της σύνθετης αντίστασης μεταφοράς φορτίου των μπαταριών ιόντων λιθίου σε περιβάλλοντα χαμηλής θερμοκρασίας οδηγεί σε μείωση του ρυθμού διάχυσης των ιόντων λιθίου στο αρνητικό ηλεκτρόδιο γραφίτη, κάτι που είναι ένας σημαντικός λόγος που επηρεάζει την απόδοση σε χαμηλή θερμοκρασία των μπαταριών φωσφορικού σιδήρου λιθίου.
4. Μεμβράνη SEI
Σε περιβάλλοντα χαμηλής θερμοκρασίας, το φιλμ SEI στο αρνητικό ηλεκτρόδιο των μπαταριών φωσφορικού σιδήρου λιθίου πυκνώνει και η σύνθετη αντίσταση του φιλμ SEI αυξάνεται, οδηγώντας σε μείωση του ρυθμού αγωγιμότητας των ιόντων λιθίου στο φιλμ SEI. Τελικά, η πόλωση που σχηματίζεται κατά τη φόρτιση και την εκφόρτιση σε περιβάλλοντα χαμηλής θερμοκρασίας μειώνει την αποτελεσματικότητα της φόρτισης και της εκφόρτισης.
5. Περιβάλλον παραγωγής
Ως προϊόν υψηλής τεχνολογίας με πολυάριθμες χημικές πρώτες ύλες και πολύπλοκες διεργασίες, οι μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου λιθίου έχουν υψηλές απαιτήσεις για θερμοκρασία, υγρασία, σκόνη και άλλους παράγοντες στο περιβάλλον παραγωγής τους. Εάν δεν ελέγχεται σωστά, η ποιότητα της μπαταρίας θα παρουσιάζει διακυμάνσεις.
Περίληψη: Επί του παρόντος, πολλοί παράγοντες επηρεάζουν την απόδοση των μπαταριών φωσφορικού σιδήρου λιθίου σε χαμηλή θερμοκρασία, όπως η δομή του θετικού ηλεκτροδίου, ο ρυθμός μετανάστευσης ιόντων λιθίου σε διάφορα μέρη της μπαταρίας, το πάχος και η χημική σύνθεση του φιλμ SEI, και την επιλογή των αλάτων λιθίου και των διαλυτών στον ηλεκτρολύτη. Η απόδοση σε χαμηλή θερμοκρασία περιορίζει την εφαρμογή μπαταριών ιόντων λιθίου στον τομέα των ηλεκτρικών οχημάτων, των ειδικών πεδίων και των ακραίων περιβαλλόντων. Η ανάπτυξη μπαταριών ιόντων λιθίου με εξαιρετική απόδοση σε χαμηλή θερμοκρασία είναι μια επείγουσα ζήτηση στην αγορά.
