Utilizarea bateriilor litiu-ion este limitată în medii cu temperatură scăzută, deoarece capacitatea lor de descărcare va scădea drastic și nu pot fi încărcate la temperaturi scăzute. În timpul încărcării la temperatură scăzută, inserarea ionilor de litiu pe electrodul de grafit al bateriei și reacția de placare cu litiu coexistă și concurează între ele. În condiții de temperatură scăzută, difuzia ionilor de litiu în grafit este inhibată, iar conductivitatea electrolitului scade, ducând la o scădere a ratei de inserție. Pe suprafața grafitului, este mai probabil să apară reacția de placare cu litiu.
Cercetările au arătat că o baterie cu o capacitate de 3500 mAh, dacă este operată într-un mediu de -10 grade , după mai puțin de 100 de cicluri de încărcare și descărcare, va experimenta o scădere bruscă a capacității bateriei până la 500 mAh și este practic casată. Adică, într-un mediu de lucru de -10 grad , dacă un vehicul electric este încărcat și descărcat o dată pe zi, bateria va trebui casată și înlocuită cu una nouă după trei luni.
Motivele care afectează performanța la temperatură scăzută a bateriilor cu litiu fier fosfat:
1. Structura electrodului pozitiv
Structura tridimensională a materialului electrodului pozitiv restricționează viteza de difuzie a bateriilor cu fosfat de fier litiu, în special la temperaturi scăzute. Diferitele materiale pentru electrozi pozitivi au structuri tridimensionale diferite. În prezent, materialele electrozi pozitive importante utilizate în bateriile litiu-ion pentru vehiculele electrice sunt fosfatul de litiu de fier, materialele ternare de nichel cobalt mangan și oxidul de litiu mangan. Capacitatea de descărcare a bateriilor cu litiu fier fosfat poate atinge doar 67,38% din capacitatea camerei la -20 grade, în timp ce bateriile ternare cu nichel cobalt mangan pot ajunge la 70,1%.
2. Solvent cu punct de topire ridicat
Datorită prezenței solvenților cu punct de topire ridicat în solventul mixt al electrolitului, vâscozitatea electrolitului bateriei cu litiu-ion crește la temperaturi scăzute. Când temperatura este prea scăzută, are loc solidificarea electrolitului, ceea ce duce la o scădere a vitezei de transmitere a ionilor de litiu în electrolit.
3. Viteza de difuzie a ionilor de litiu
Rata de difuzie a ionilor de litiu în electrozii negativi de grafit scade în condiții de temperatură scăzută. Creșterea impedanței de transfer de sarcină a bateriilor cu ioni de litiu în medii cu temperatură scăzută duce la o scădere a ratei de difuzie a ionilor de litiu în electrodul negativ din grafit, care este un motiv important care afectează performanța la temperatură scăzută a bateriilor cu fosfat de fier litiu.
4. Membrana SEI
În medii cu temperatură scăzută, filmul SEI de pe electrodul negativ al bateriilor cu fosfat de litiu și fier se îngroașă, iar impedanța peliculei SEI crește, ceea ce duce la o scădere a vitezei de conducere a ionilor de litiu din filmul SEI. În cele din urmă, polarizarea formată în timpul încărcării și descărcării în medii cu temperatură scăzută reduce eficiența încărcării și descărcării.
5. Mediul de producție
Fiind un produs de înaltă tehnologie, cu numeroase materii prime chimice și procese complexe, bateriile cu fosfat de fier litiu au cerințe ridicate pentru temperatură, umiditate, praf și alți factori în mediul lor de producție. Dacă nu este controlată corespunzător, calitatea bateriei va fluctua.
Rezumat: În prezent, mai mulți factori afectează performanța la temperatură scăzută a bateriilor cu fosfat de litiu și fier, cum ar fi structura electrodului pozitiv, rata de migrare a ionilor de litiu în diferite părți ale bateriei, grosimea și compoziția chimică a filmului SEI, și selectarea sărurilor de litiu și a solvenților din electrolit. Performanța la temperaturi scăzute limitează aplicarea bateriilor litiu-ion în domeniul vehiculelor electrice, domenii speciale și medii extreme. Dezvoltarea bateriilor litiu-ion cu performanțe excelente la temperaturi scăzute este o cerere urgentă pe piață.
