Het gebruik van lithium-ionbatterijen is beperkt in omgevingen met lage temperaturen, omdat hun ontladingscapaciteit ernstig zal afnemen en ze niet kunnen worden opgeladen bij lage temperaturen. Tijdens het opladen bij lage temperatuur bestaan het inbrengen van lithiumionen op de grafietelektrode van de batterij en de lithium-platingsreactie naast elkaar en concurreren ze met elkaar. Bij lage temperaturen wordt de diffusie van lithiumionen in grafiet geremd en neemt de geleidbaarheid van de elektrolyt af, wat leidt tot een afname van de invoegsnelheid. Op het oppervlak van grafiet is de kans groter dat de lithiumplateerreactie optreedt.
Uit onderzoek is gebleken dat een batterij met een capaciteit van 3500 mAh, indien gebruikt in een omgeving van -10 graden, na minder dan 100 laad- en ontlaadcycli, een scherpe daling van de batterijcapaciteit tot 500 mAh zal ervaren, en in principe wordt gesloopt. Dat wil zeggen dat als een elektrisch voertuig in een werkomgeving van -10 graad één keer per dag wordt opgeladen en ontladen, de batterij na drie maanden moet worden gesloopt en vervangen door een nieuwe.
De redenen die de prestaties bij lage temperaturen van lithium-ijzerfosfaatbatterijen beïnvloeden:
1. Positieve elektrodestructuur
De driedimensionale structuur van het positieve elektrodemateriaal beperkt de diffusiesnelheid van lithium-ijzerfosfaatbatterijen, vooral bij lage temperaturen. Verschillende positieve elektrodematerialen hebben verschillende driedimensionale structuren. Momenteel zijn belangrijke positieve elektrodematerialen die worden gebruikt in lithium-ionbatterijen voor elektrische voertuigen lithiumijzerfosfaat, ternaire nikkelkobalt-mangaanmaterialen en lithiummangaanoxide. De ontladingscapaciteit van lithium-ijzerfosfaatbatterijen kan slechts 67,38% van de capaciteit bij kamertemperatuur bereiken bij -20 graad, terwijl ternaire nikkel-kobalt-mangaanbatterijen 70,1% kunnen bereiken.
2. Oplosmiddel met hoog smeltpunt
Vanwege de aanwezigheid van oplosmiddelen met een hoog smeltpunt in het gemengde oplosmiddel van de elektrolyt, neemt de viscositeit van de elektrolyt van lithium-ionbatterijen toe bij lage temperaturen. Wanneer de temperatuur te laag is, treedt stolling van de elektrolyt op, wat leidt tot een afname van de transmissiesnelheid van lithiumionen in de elektrolyt.
3. Diffusiesnelheid van lithiumionen
De diffusiesnelheid van lithiumionen in negatieve grafietelektroden neemt af bij lage temperaturen. De toename van de ladingsoverdrachtsimpedantie van lithium-ionbatterijen in omgevingen met lage temperaturen leidt tot een afname van de diffusiesnelheid van lithiumionen in de negatieve grafietelektrode, wat een belangrijke reden is die de prestaties bij lage temperaturen van lithium-ijzerfosfaatbatterijen beïnvloedt.
4. SEI-membraan
In omgevingen met lage temperaturen wordt de SEI-film op de negatieve elektrode van lithium-ijzerfosfaatbatterijen dikker en neemt de impedantie van de SEI-film toe, wat leidt tot een afname van de geleidingssnelheid van lithiumionen in de SEI-film. Uiteindelijk vermindert de polarisatie die wordt gevormd tijdens het opladen en ontladen in omgevingen met lage temperaturen de efficiëntie van het opladen en ontladen.
5. Productieomgeving
Als hightech product met talrijke chemische grondstoffen en complexe processen stellen lithium-ijzerfosfaatbatterijen hoge eisen aan temperatuur, vochtigheid, stof en andere factoren in hun productieomgeving. Als de batterij niet goed wordt gecontroleerd, zal de kwaliteit fluctueren.
Samenvatting: Momenteel beïnvloeden meerdere factoren de prestaties van lithium-ijzerfosfaatbatterijen bij lage temperaturen, zoals de structuur van de positieve elektrode, de migratiesnelheid van lithiumionen in verschillende delen van de batterij, de dikte en chemische samenstelling van de SEI-film, en de selectie van lithiumzouten en oplosmiddelen in de elektrolyt. De prestaties bij lage temperaturen beperken de toepassing van lithium-ionbatterijen op het gebied van elektrische voertuigen, speciale velden en extreme omgevingen. Het ontwikkelen van lithium-ionbatterijen met uitstekende prestaties bij lage temperaturen is een dringende vraag in de markt.
