L'ús de bateries d'ions de liti està limitat en entorns de baixa temperatura, ja que la seva capacitat de descàrrega disminuirà molt i no es poden carregar a baixes temperatures. Durant la càrrega a baixa temperatura, la inserció d'ions de liti a l'elèctrode de grafit de la bateria i la reacció de revestiment de liti coexisteixen i competeixen entre si. En condicions de baixa temperatura, la difusió dels ions de liti en el grafit s'inhibeix i la conductivitat de l'electròlit disminueix, provocant una disminució de la velocitat d'inserció. A la superfície del grafit, és més probable que es produeixi la reacció de revestiment de liti.
Les investigacions han demostrat que una bateria amb una capacitat de 3500 mAh, si s'utilitza en un entorn de -10 grau , després de menys de 100 cicles de càrrega i descàrrega, experimentarà una forta disminució de la capacitat de la bateria fins als 500 mAh i, bàsicament, es descarta. És a dir, en un entorn de treball de -10 grau , si un vehicle elèctric es carrega i es descarrega un cop al dia, la bateria s'haurà de desballestar i substituir-la per una de nova al cap de tres mesos.
Els motius que afecten el rendiment a baixa temperatura de les bateries de fosfat de ferro de liti:
1. Estructura d'elèctrodes positius
L'estructura tridimensional del material de l'elèctrode positiu restringeix la velocitat de difusió de les bateries de fosfat de ferro de liti, especialment a baixes temperatures. Els diferents materials d'elèctrodes positius tenen diferents estructures tridimensionals. Actualment, els materials d'elèctrodes positius importants utilitzats en bateries d'ions de liti per a vehicles elèctrics són el fosfat de ferro de liti, els materials ternaris de níquel cobalt manganès i l'òxid de manganès de liti. La capacitat de descàrrega de les bateries de fosfat de ferro de liti només pot arribar al 67,38% de la capacitat de temperatura ambient a -20 graus, mentre que les bateries ternàries de níquel cobalt manganès poden arribar al 70,1%.
2. Dissolvent d'alt punt de fusió
A causa de la presència de dissolvents d'alt punt de fusió en el dissolvent mixt de l'electròlit, la viscositat de l'electròlit de la bateria d'ions de liti augmenta a baixes temperatures. Quan la temperatura és massa baixa, es produeix la solidificació de l'electròlit, que provoca una disminució de la velocitat de transmissió dels ions de liti a l'electròlit.
3. Velocitat de difusió d'ions de liti
La velocitat de difusió dels ions de liti en els elèctrodes negatius de grafit disminueix en condicions de baixa temperatura. L'augment de la impedància de transferència de càrrega de les bateries d'ions de liti en entorns de baixa temperatura condueix a una disminució de la velocitat de difusió dels ions de liti a l'elèctrode negatiu de grafit, que és un motiu important que afecta el rendiment a baixa temperatura de les bateries de fosfat de ferro de liti.
4. Membrana SEI
En entorns de baixa temperatura, la pel·lícula SEI a l'elèctrode negatiu de les bateries de fosfat de ferro de liti s'espesseix i la impedància de la pel·lícula SEI augmenta, provocant una disminució de la velocitat de conducció dels ions de liti a la pel·lícula SEI. En última instància, la polarització formada durant la càrrega i descàrrega en entorns de baixa temperatura redueix l'eficiència de la càrrega i descàrrega.
5. Entorn de producció
Com a producte d'alta tecnologia amb nombroses matèries primeres químiques i processos complexos, les bateries de fosfat de ferro de liti tenen alts requisits de temperatura, humitat, pols i altres factors en el seu entorn de producció. Si no es controla correctament, la qualitat de la bateria fluctuarà.
Resum: actualment, diversos factors afecten el rendiment a baixa temperatura de les bateries de fosfat de ferro de liti, com ara l'estructura de l'elèctrode positiu, la taxa de migració dels ions de liti en diverses parts de la bateria, el gruix i la composició química de la pel·lícula SEI, i la selecció de sals i dissolvents de liti a l'electròlit. El rendiment a baixa temperatura limita l'aplicació de bateries d'ions de liti en el camp de vehicles elèctrics, camps especials i entorns extrems. El desenvolupament de bateries d'ions de liti amb un excel·lent rendiment a baixa temperatura és una demanda urgent al mercat.
