Brugen af lithium-ion-batterier er begrænset i miljøer med lav temperatur, da deres afladningskapacitet vil falde kraftigt, og de ikke kan oplades ved lave temperaturer. Under lavtemperaturopladning eksisterer indsættelsen af lithiumioner på batteriets grafitelektrode og lithiumpletteringsreaktionen side om side og konkurrerer med hinanden. Under lave temperaturforhold hæmmes diffusionen af lithiumioner i grafit, og elektrolyttens ledningsevne falder, hvilket fører til et fald i indføringshastigheden. På overfladen af grafit er det mere sandsynligt, at lithiumpletteringsreaktionen opstår.
Forskning har vist, at et batteri med en kapacitet på 3500 mAh, hvis det bruges i et miljø på -10 grader , efter mindre end 100 op- og afladningscyklusser, vil opleve et kraftigt fald i batterikapaciteten til 500 mAh, og det bliver stort set skrottet. Det vil sige, at i et arbejdsmiljø på -10 grader, hvis et elektrisk køretøj oplades og aflades én gang om dagen, skal batteriet kasseres og udskiftes med et nyt efter tre måneder.
Årsagerne, der påvirker lavtemperaturydelsen af lithiumjernfosfatbatterier:
1. Positiv elektrodestruktur
Den tredimensionelle struktur af det positive elektrodemateriale begrænser diffusionshastigheden af lithiumjernphosphatbatterier, især ved lave temperaturer. Forskellige positive elektrodematerialer har forskellige tredimensionelle strukturer. I øjeblikket er vigtige positive elektrodematerialer, der anvendes i lithium-ion-batterier til elektriske køretøjer, lithiumjernfosfat, nikkelkobolt-mangan ternære materialer og lithiummanganoxid. Afladningskapaciteten for lithiumjernfosfatbatterier kan kun nå 67,38 % af stuetemperaturkapaciteten ved -20 grader , mens nikkelkobolt-mangan ternære batterier kan nå 70,1 %.
2. Opløsningsmiddel med højt smeltepunkt
På grund af tilstedeværelsen af opløsningsmidler med højt smeltepunkt i det blandede opløsningsmiddel af elektrolyt, stiger viskositeten af lithium-ion batterielektrolyt ved lave temperaturer. Når temperaturen er for lav, opstår elektrolytstørkning, hvilket fører til et fald i transmissionshastigheden af lithiumioner i elektrolytten.
3. Lithium ion diffusionshastighed
Diffusionshastigheden af lithiumioner i grafit negative elektroder falder under lave temperaturforhold. Stigningen i ladningsoverførselsimpedans af lithium-ion-batterier i lavtemperaturmiljøer fører til et fald i diffusionshastigheden af lithium-ioner i grafit-negative elektroder, hvilket er en vigtig årsag til at påvirke lavtemperatur-ydeevnen af lithium-jernphosphat-batterier.
4. SEI membran
I miljøer med lav temperatur bliver SEI-filmen på den negative elektrode af lithiumjernphosphat-batterier tykkere, og SEI-filmens impedans øges, hvilket fører til et fald i ledningshastigheden af lithiumioner i SEI-filmen. I sidste ende reducerer polariseringen dannet under opladning og afladning i lavtemperaturmiljøer effektiviteten af opladning og afladning.
5. Produktionsmiljø
Som et højteknologisk produkt med talrige kemiske råmaterialer og komplekse processer har lithiumjernphosphatbatterier høje krav til temperatur, fugtighed, støv og andre faktorer i deres produktionsmiljø. Hvis den ikke kontrolleres korrekt, vil batterikvaliteten svinge.
Sammenfatning: I øjeblikket påvirker flere faktorer lavtemperaturydelsen af lithiumjernphosphatbatterier, såsom strukturen af den positive elektrode, migrationshastigheden af lithiumioner i forskellige dele af batteriet, tykkelsen og kemiske sammensætning af SEI-filmen, og udvælgelsen af lithiumsalte og opløsningsmidler i elektrolytten. Ydeevnen ved lav temperatur begrænser anvendelsen af lithium-ion-batterier inden for elektriske køretøjer, specielle områder og ekstreme miljøer. Udvikling af lithium-ion-batterier med fremragende ydeevne ved lav temperatur er et presserende behov på markedet.
