Използването на литиево-йонни батерии е ограничено при ниски температури, тъй като капацитетът им за разреждане ще намалее значително и те не могат да се зареждат при ниски температури. По време на зареждане при ниска температура вмъкването на литиеви йони върху графитния електрод на батерията и реакцията на литиево покритие съществуват едновременно и се конкурират помежду си. При условия на ниска температура, дифузията на литиевите йони в графита се инхибира и проводимостта на електролита намалява, което води до намаляване на скоростта на вкарване. На повърхността на графита е по-вероятно да настъпи реакцията на литиево покритие.
Изследванията показват, че батерия с капацитет от 3500 mAh, ако работи в среда от -10 градуса, след по-малко от 100 цикъла на зареждане и разреждане, ще изпита рязък спад в капацитета на батерията до 500 mAh и по същество се бракува. Тоест, в работна среда от -10 степен, ако електрическо превозно средство се зарежда и разрежда веднъж на ден, батерията ще трябва да бъде бракувана и заменена с нова след три месеца.
Причините, които влияят на нискотемпературната работа на литиево-железно-фосфатните батерии:
1. Структура на положителния електрод
Триизмерната структура на материала на положителния електрод ограничава скоростта на дифузия на литиево-железните фосфатни батерии, особено при ниски температури. Различните материали за положителни електроди имат различни триизмерни структури. Понастоящем важни материали за положителни електроди, използвани в литиево-йонни батерии за електрически превозни средства, са литиево-железен фосфат, трикомпонентни материали от никел, кобалт, манган и литиево-манганов оксид. Капацитетът на разреждане на литиево-железните фосфатни батерии може да достигне само 67,38% от капацитета при стайна температура при -20 градуса, докато никел-кобалтовите манганови тройни батерии могат да достигнат 70,1%.
2. Разтворител с висока точка на топене
Поради наличието на разтворители с висока точка на топене в смесения разтворител на електролита, вискозитетът на електролита на литиево-йонната батерия се увеличава при ниски температури. Когато температурата е твърде ниска, настъпва втвърдяване на електролита, което води до намаляване на скоростта на предаване на литиевите йони в електролита.
3. Скорост на дифузия на литиеви йони
Скоростта на дифузия на литиевите йони в графитните отрицателни електроди намалява при ниски температурни условия. Увеличаването на импеданса на преноса на заряда на литиево-йонните батерии в среда с ниска температура води до намаляване на скоростта на дифузия на литиевите йони в графитния отрицателен електрод, което е важна причина, засягаща нискотемпературните характеристики на литиево-железните фосфатни батерии.
4. SEI мембрана
В среда с ниска температура SEI филмът върху отрицателния електрод на литиево-железни фосфатни батерии се удебелява и импедансът на SEI филма се увеличава, което води до намаляване на скоростта на проводимост на литиевите йони в SEI филма. В крайна сметка, поляризацията, образувана по време на зареждане и разреждане в среда с ниска температура, намалява ефективността на зареждането и разреждането.
5. Производствена среда
Като високотехнологичен продукт с множество химически суровини и сложни процеси, литиево-железните фосфатни батерии имат високи изисквания за температура, влажност, прах и други фактори в тяхната производствена среда. Ако не се контролира правилно, качеството на батерията ще варира.
Резюме: Понастоящем множество фактори влияят върху нискотемпературните характеристики на литиево-железните фосфатни батерии, като структурата на положителния електрод, скоростта на миграция на литиевите йони в различни части на батерията, дебелината и химическия състав на SEI филма, и избор на литиеви соли и разтворители в електролита. Нискотемпературното представяне ограничава приложението на литиево-йонните батерии в областта на електрическите превозни средства, специални полета и екстремни среди. Разработването на литиево-йонни батерии с отлични характеристики при ниски температури е спешно търсене на пазара.
