Stosowanie akumulatorów litowo-jonowych jest ograniczone w środowiskach o niskiej temperaturze, ponieważ ich pojemność wyładowcza znacznie spada i nie można ich ładować w niskich temperaturach. Podczas ładowania w niskiej temperaturze wprowadzenie jonów litu na grafitową elektrodę akumulatora oraz reakcja powlekania litem współistnieją i konkurują ze sobą. W warunkach niskiej temperatury dyfuzja jonów litu w graficie jest hamowana, a przewodność elektrolitu maleje, co prowadzi do zmniejszenia szybkości wstawiania. Na powierzchni grafitu reakcja platerowania litem jest bardziej prawdopodobna.
Badania wykazały, że bateria o pojemności 3500 mAh, jeśli jest używana w środowisku o temperaturze -10 stopnia, po mniej niż 100 cyklach ładowania i rozładowywania, gwałtownie spadnie do 500 mAh, w związku z czym zostanie w zasadzie zezłomowana. Oznacza to, że w środowisku pracy o temperaturze -10, jeśli pojazd elektryczny będzie ładowany i rozładowywany raz dziennie, po trzech miesiącach akumulator będzie musiał zostać złomowany i wymieniony na nowy.
Powody wpływające na działanie akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych w niskich temperaturach:
1. Struktura elektrody dodatniej
Trójwymiarowa struktura materiału elektrody dodatniej ogranicza szybkość dyfuzji akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych, szczególnie w niskich temperaturach. Różne materiały elektrod dodatnich mają różne struktury trójwymiarowe. Obecnie ważnymi materiałami elektrody dodatniej stosowanymi w akumulatorach litowo-jonowych do pojazdów elektrycznych są fosforan litowo-żelazowy, trójskładnikowe materiały niklowo-kobaltowo-manganowe i tlenek litowo-manganowy. Pojemność rozładowania akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych może osiągnąć jedynie 67,38% pojemności w temperaturze pokojowej w temperaturze -20 stopnia, podczas gdy trójskładnikowe akumulatory niklowo-kobaltowo-manganowe mogą osiągnąć 70,1%.
2. Rozpuszczalnik o wysokiej temperaturze topnienia
Ze względu na obecność rozpuszczalników o wysokiej temperaturze topnienia w mieszanym rozpuszczalniku elektrolitu, lepkość elektrolitu w akumulatorze litowo-jonowym wzrasta w niskich temperaturach. Gdy temperatura jest zbyt niska, następuje krzepnięcie elektrolitu, co prowadzi do zmniejszenia szybkości przenikania jonów litu w elektrolicie.
3. Szybkość dyfuzji jonów litu
Szybkość dyfuzji jonów litu w grafitowych elektrodach ujemnych zmniejsza się w warunkach niskiej temperatury. Wzrost impedancji przenoszenia ładunku akumulatorów litowo-jonowych w środowiskach o niskiej temperaturze prowadzi do zmniejszenia szybkości dyfuzji jonów litu w grafitowej elektrodzie ujemnej, co jest ważnym powodem wpływającym na działanie akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych w niskich temperaturach.
4. Membrana SEI
W środowiskach o niskiej temperaturze warstwa SEI na elektrodzie ujemnej akumulatorów z fosforanem litowo-żelazowym pogrubia się, a impedancja warstwy SEI wzrasta, co prowadzi do zmniejszenia szybkości przewodzenia jonów litu w warstwie SEI. Ostatecznie polaryzacja powstająca podczas ładowania i rozładowywania w środowiskach o niskiej temperaturze zmniejsza efektywność ładowania i rozładowywania.
5. Środowisko produkcyjne
Jako produkt zaawansowany technologicznie, zawierający liczne surowce chemiczne i złożone procesy, akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe mają wysokie wymagania dotyczące temperatury, wilgotności, zapylenia i innych czynników w środowisku produkcyjnym. Jeśli nie będziesz odpowiednio kontrolowany, jakość baterii będzie się zmieniać.
Podsumowanie: Obecnie na działanie akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych w niskich temperaturach wpływa wiele czynników, takich jak struktura elektrody dodatniej, szybkość migracji jonów litu w różnych częściach akumulatora, grubość i skład chemiczny warstwy SEI, oraz dobór soli litu i rozpuszczalników w elektrolicie. Wydajność w niskich temperaturach ogranicza zastosowanie akumulatorów litowo-jonowych w pojazdach elektrycznych, polach specjalnych i ekstremalnych środowiskach. Opracowanie akumulatorów litowo-jonowych o doskonałej wydajności w niskich temperaturach jest pilnym zapotrzebowaniem na rynku.
