Використання літій-іонних акумуляторів обмежено в умовах низьких температур, оскільки їхня розрядна ємність значно знизиться, і їх не можна заряджати за низьких температур. Під час низькотемпературного заряджання введення іонів літію на графітовий електрод батареї та реакція літієвого покриття співіснують і конкурують одна з одною. В умовах низьких температур дифузія іонів літію в графіті гальмується, а провідність електроліту зменшується, що призводить до зниження швидкості введення. На поверхні графіту реакція літієвого покриття більш імовірна.
Дослідження показали, що батарея ємністю 3500 мАг, якщо вона функціонує в навколишньому середовищі -10 градусів, після менше ніж 100 циклів заряджання та розряджання різко знизиться до 500 мАг, і її фактично знищують. Тобто, у робочому середовищі -10 градуса, якщо електромобіль заряджається та розряджається один раз на день, батарею потрібно буде утилізувати та замінити новою через три місяці.
Причини, які впливають на низькотемпературну продуктивність літій-залізо-фосфатних батарей:
1. Структура позитивного електрода
Тривимірна структура матеріалу позитивного електрода обмежує швидкість дифузії літій-залізо-фосфатних батарей, особливо при низьких температурах. Різні матеріали позитивного електрода мають різну тривимірну структуру. В даний час важливими матеріалами позитивного електрода, які використовуються в літій-іонних батареях для електромобілів, є літій-залізо-фосфат, нікель-кобальт-марганцеві потрійні матеріали та оксид літію-марганцю. Розрядна ємність літій-залізо-фосфатних батарей може досягати лише 67,38% ємності при кімнатній температурі при -20 градусах, тоді як нікель-кобальт-марганцеві потрійні батареї можуть досягати 70,1%.
2. Розчинник з високою температурою плавлення
Через наявність розчинників з високою температурою плавлення в змішаному розчиннику електроліту в’язкість електроліту літій-іонного акумулятора збільшується при низьких температурах. Коли температура занадто низька, відбувається твердіння електроліту, що призводить до зниження швидкості пропускання іонів літію в електроліті.
3. Швидкість дифузії іонів літію
Швидкість дифузії іонів літію в графітових негативних електродах зменшується в умовах низьких температур. Збільшення опору передачі заряду літій-іонних батарей у низькотемпературних середовищах призводить до зниження швидкості дифузії іонів літію в графітовому негативному електроді, що є важливою причиною, що впливає на низькотемпературні характеристики літій-залізо-фосфатних батарей.
4. Мембрана SEI
У низькотемпературному середовищі плівка SEI на негативному електроді літій-залізо-фосфатних акумуляторів потовщується, і імпеданс плівки SEI збільшується, що призводить до зниження швидкості провідності іонів літію в плівці SEI. Зрештою, поляризація, що утворюється під час заряджання та розряджання в умовах низької температури, знижує ефективність заряджання та розряджання.
5. Виробниче середовище
Будучи високотехнологічним продуктом із численними хімічними сировинними матеріалами та складними процесами, літій-залізо-фосфатні батареї пред’являють високі вимоги до температури, вологості, пилу та інших факторів у своєму виробничому середовищі. Якщо не контролювати належним чином, якість акумулятора буде коливатися.
Резюме: наразі багато факторів впливають на низькотемпературні характеристики літій-залізо-фосфатних батарей, наприклад, структура позитивного електрода, швидкість міграції іонів літію в різних частинах батареї, товщина та хімічний склад плівки SEI, і виділення солей літію і розчинників в електроліті. Низькотемпературні характеристики обмежують застосування літій-іонних акумуляторів у сфері електромобілів, спеціальних полях та екстремальних середовищах. Розробка літій-іонних акумуляторів з чудовими низькотемпературними характеристиками є актуальною потребою на ринку.
