Bruken av litiumion-batterier er begrenset i miljøer med lav temperatur, da utladningskapasiteten vil reduseres kraftig og de ikke kan lades ved lave temperaturer. Under lavtemperaturlading eksisterer innsettingen av litiumioner på grafittelektroden til batteriet og litiumbeleggsreaksjonen samtidig og konkurrerer med hverandre. Under lave temperaturforhold hemmes diffusjonen av litiumioner i grafitt, og elektrolyttens ledningsevne reduseres, noe som fører til en reduksjon i innføringshastigheten. På overflaten av grafitt er det mer sannsynlig at litiumbeleggsreaksjonen oppstår.
Forskning har vist at et batteri med en kapasitet på 3500mAh, hvis det brukes i et miljø på -10 grader, etter mindre enn 100 lade- og utladingssykluser, vil oppleve en kraftig nedgang i batterikapasiteten til 500mAh, og blir i utgangspunktet skrotet. Det vil si at i et arbeidsmiljø på -10 grader, hvis et elektrisk kjøretøy lades og utlades én gang om dagen, må batteriet kasseres og erstattes med et nytt etter tre måneder.
Årsakene som påvirker lavtemperaturytelsen til litiumjernfosfatbatterier:
1. Positiv elektrodestruktur
Den tredimensjonale strukturen til det positive elektrodematerialet begrenser diffusjonshastigheten til litiumjernfosfatbatterier, spesielt ved lave temperaturer. Ulike positive elektrodematerialer har forskjellige tredimensjonale strukturer. For tiden er viktige positive elektrodematerialer som brukes i litium-ion-batterier for elektriske kjøretøy litiumjernfosfat, nikkelkobolt-mangan ternære materialer og litiummanganoksid. Utladningskapasiteten til litiumjernfosfatbatterier kan bare nå 67,38 % av romtemperaturkapasiteten ved -20 grader, mens nikkelkobolt-mangan ternære batterier kan nå 70,1 %.
2. Løsemiddel med høyt smeltepunkt
På grunn av tilstedeværelsen av løsemidler med høyt smeltepunkt i det blandede løsningsmidlet av elektrolytt, øker viskositeten til litiumionbatterielektrolytt ved lave temperaturer. Når temperaturen er for lav, oppstår elektrolyttstørkning, noe som fører til en reduksjon i overføringshastigheten til litiumioner i elektrolytten.
3. Litiumionediffusjonshastighet
Diffusjonshastigheten til litiumioner i grafitt negative elektroder avtar under lave temperaturforhold. Økningen i ladningsoverføringsimpedansen til litium-ion-batterier i miljøer med lav temperatur fører til en reduksjon i diffusjonshastigheten til litiumioner i grafitt-negative elektroden, noe som er en viktig årsak som påvirker lavtemperaturytelsen til litiumjernfosfatbatterier.
4. SEI-membran
I miljøer med lav temperatur blir SEI-filmen på den negative elektroden til litiumjernfosfatbatterier tykkere, og impedansen til SEI-filmen øker, noe som fører til en reduksjon i ledningshastigheten til litiumioner i SEI-filmen. Til syvende og sist reduserer polarisasjonen som dannes under lading og utlading i lavtemperaturmiljøer effektiviteten til lading og utlading.
5. Produksjonsmiljø
Som et høyteknologisk produkt med mange kjemiske råvarer og komplekse prosesser har litiumjernfosfatbatterier høye krav til temperatur, fuktighet, støv og andre faktorer i produksjonsmiljøet. Hvis den ikke kontrolleres riktig, vil batterikvaliteten svinge.
Sammendrag: For tiden påvirker flere faktorer lavtemperaturytelsen til litiumjernfosfatbatterier, for eksempel strukturen til den positive elektroden, migrasjonshastigheten til litiumioner i forskjellige deler av batteriet, tykkelsen og kjemisk sammensetning av SEI-filmen, og valg av litiumsalter og løsningsmidler i elektrolytten. Lavtemperaturytelsen begrenser bruken av litium-ion-batterier innen elektriske kjøretøy, spesialfelt og ekstreme miljøer. Utvikling av litium-ion-batterier med utmerket ytelse ved lav temperatur er et presserende behov i markedet.
