Použitie lítium-iónových batérií je obmedzené v prostredí s nízkou teplotou, pretože ich vybíjacia kapacita výrazne klesne a nie je možné ich nabíjať pri nízkych teplotách. Počas nízkoteplotného nabíjania vloženie lítiových iónov na grafitovú elektródu batérie a reakcia pokovovania lítiom koexistujú a navzájom si konkurujú. V podmienkach nízkej teploty je inhibovaná difúzia lítiových iónov v grafite a vodivosť elektrolytu klesá, čo vedie k zníženiu rýchlosti vkladania. Na povrchu grafitu je pravdepodobnejšie, že dôjde k reakcii pokovovania lítiom.
Výskum ukázal, že batéria s kapacitou 3 500 mAh, ak sa prevádzkuje v prostredí -10 stupňov , po menej ako 100 cykloch nabíjania a vybíjania zaznamená prudký pokles kapacity batérie na 500 mAh a je v podstate vyradená. To znamená, že v pracovnom prostredí -10 stupňa, ak sa elektrické vozidlo nabíja a vybíja raz denne, bude potrebné batériu po troch mesiacoch zošrotovať a vymeniť za novú.
Dôvody, ktoré ovplyvňujú nízkoteplotný výkon lítium-železofosfátových batérií:
1. Pozitívna elektródová štruktúra
Trojrozmerná štruktúra materiálu kladnej elektródy obmedzuje rýchlosť difúzie lítium-železofosfátových batérií, najmä pri nízkych teplotách. Rôzne materiály kladných elektród majú rôzne trojrozmerné štruktúry. V súčasnosti sú dôležitými kladnými elektródovými materiálmi používanými v lítium-iónových batériách pre elektrické vozidlá fosforečnan lítno-železitý, nikel-kobalt-mangánové ternárne materiály a oxid lítium-mangánový. Vybíjacia kapacita lítium-železofosfátových batérií môže dosiahnuť iba 67,38 % kapacity pri izbovej teplote pri -20 stupňoch, zatiaľ čo nikel-kobalt-mangánové ternárne batérie môžu dosiahnuť 70,1 %.
2. Rozpúšťadlo s vysokou teplotou topenia
V dôsledku prítomnosti rozpúšťadiel s vysokou teplotou topenia v zmiešanom rozpúšťadle elektrolytu sa viskozita elektrolytu lítium-iónovej batérie pri nízkych teplotách zvyšuje. Keď je teplota príliš nízka, dochádza k tuhnutiu elektrolytu, čo vedie k zníženiu prenosovej rýchlosti lítiových iónov v elektrolyte.
3. Rýchlosť difúzie lítnych iónov
Rýchlosť difúzie lítiových iónov v grafitových negatívnych elektródach sa pri nízkych teplotách znižuje. Zvýšenie impedancie prenosu náboja lítium-iónových batérií v prostredí s nízkou teplotou vedie k zníženiu rýchlosti difúzie lítiových iónov v grafitovej negatívnej elektróde, čo je dôležitý dôvod ovplyvňujúci nízkoteplotný výkon lítium-železofosfátových batérií.
4. SEI membrána
V prostredí s nízkou teplotou sa film SEI na negatívnej elektróde lítium-železofosfátových batérií zahusťuje a impedancia filmu SEI sa zvyšuje, čo vedie k zníženiu rýchlosti vodivosti lítiových iónov vo filme SEI. V konečnom dôsledku polarizácia vznikajúca pri nabíjaní a vybíjaní v prostredí s nízkou teplotou znižuje účinnosť nabíjania a vybíjania.
5. Výrobné prostredie
Ako high-tech produkt s mnohými chemickými surovinami a zložitými procesmi majú lítium-železnaté fosfátové batérie vysoké požiadavky na teplotu, vlhkosť, prach a ďalšie faktory vo svojom výrobnom prostredí. Ak nie je správne kontrolovaná, kvalita batérie bude kolísať.
Zhrnutie: Nízkoteplotný výkon lítium-železofosfátových batérií v súčasnosti ovplyvňuje viacero faktorov, ako je štruktúra kladnej elektródy, rýchlosť migrácie lítiových iónov v rôznych častiach batérie, hrúbka a chemické zloženie filmu SEI, a výber lítiových solí a rozpúšťadiel v elektrolyte. Nízkoteplotný výkon obmedzuje použitie lítium-iónových batérií v oblasti elektrických vozidiel, špeciálnych polí a extrémnych prostredí. Vývoj lítium-iónových batérií s vynikajúcim výkonom pri nízkych teplotách je naliehavou požiadavkou na trhu.
