Användningen av litiumjonbatterier är begränsad i lågtemperaturmiljöer, eftersom deras urladdningskapacitet kommer att minska kraftigt och de inte kan laddas vid låga temperaturer. Under lågtemperaturladdning samexisterar införandet av litiumjoner på batteriets grafitelektrod och litiumpläteringsreaktionen och konkurrerar med varandra. Under låga temperaturförhållanden hämmas diffusionen av litiumjoner i grafit, och elektrolytens konduktivitet minskar, vilket leder till en minskning av insättningshastigheten. På ytan av grafit är det mer sannolikt att litiumpläteringsreaktionen inträffar.
Forskning har visat att ett batteri med en kapacitet på 3500mAh, om det används i en miljö av -10 grad , efter mindre än 100 laddnings- och urladdningscykler, kommer att uppleva en kraftig minskning av batterikapaciteten till 500mAh, och i princip skrotas. Det vill säga, i en arbetsmiljö på -10 grad, om ett elfordon laddas och laddas ur en gång om dagen, måste batteriet skrotas och ersättas med ett nytt efter tre månader.
Skälen som påverkar lågtemperaturprestandan hos litiumjärnfosfatbatterier:
1. Positiv elektrodstruktur
Den tredimensionella strukturen hos det positiva elektrodmaterialet begränsar diffusionshastigheten för litiumjärnfosfatbatterier, speciellt vid låga temperaturer. Olika positiva elektrodmaterial har olika tredimensionella strukturer. För närvarande är viktiga positiva elektrodmaterial som används i litiumjonbatterier för elfordon litiumjärnfosfat, nickelkoboltmangan ternära material och litiummanganoxid. Urladdningskapaciteten för litiumjärnfosfatbatterier kan bara nå 67,38 % av rumstemperaturkapaciteten vid -20 grader, medan nickelkobolt-mangan ternära batterier kan nå 70,1 %.
2. Lösningsmedel med hög smältpunkt
På grund av närvaron av lösningsmedel med hög smältpunkt i det blandade lösningsmedlet av elektrolyt, ökar viskositeten hos litiumjonbatterielektrolyt vid låga temperaturer. När temperaturen är för låg uppstår elektrolytens stelning, vilket leder till en minskning av överföringshastigheten för litiumjoner i elektrolyten.
3. Litiumjondiffusionshastighet
Diffusionshastigheten för litiumjoner i grafitnegativa elektroder minskar under låga temperaturförhållanden. Ökningen av laddningsöverföringsimpedansen för litiumjonbatterier i lågtemperaturmiljöer leder till en minskning av diffusionshastigheten för litiumjoner i grafit negativa elektroden, vilket är en viktig orsak som påverkar lågtemperaturprestandan hos litiumjärnfosfatbatterier.
4. SEI-membran
I lågtemperaturmiljöer tjocknar SEI-filmen på den negativa elektroden på litiumjärnfosfatbatterier, och impedansen hos SEI-filmen ökar, vilket leder till en minskning av ledningshastigheten för litiumjoner i SEI-filmen. I slutändan minskar polariseringen som bildas under laddning och urladdning i lågtemperaturmiljöer effektiviteten av laddning och urladdning.
5. Produktionsmiljö
Som en högteknologisk produkt med många kemiska råvaror och komplexa processer har litiumjärnfosfatbatterier höga krav på temperatur, luftfuktighet, damm och andra faktorer i sin produktionsmiljö. Om den inte kontrolleras korrekt kommer batterikvaliteten att variera.
Sammanfattning: För närvarande påverkar flera faktorer lågtemperaturprestandan hos litiumjärnfosfatbatterier, såsom strukturen hos den positiva elektroden, migrationshastigheten för litiumjoner i olika delar av batteriet, tjockleken och kemiska sammansättningen av SEI-filmen, och valet av litiumsalter och lösningsmedel i elektrolyten. Lågtemperaturprestandan begränsar användningen av litiumjonbatterier inom elfordon, specialområden och extrema miljöer. Att utveckla litiumjonbatterier med utmärkt prestanda vid låga temperaturer är ett akut krav på marknaden.
