L'uso delle batterie agli ioni di litio è limitato in ambienti a bassa temperatura, poiché la loro capacità di scarica diminuirà notevolmente e non potranno essere caricate a basse temperature. Durante la carica a bassa temperatura, l'inserimento degli ioni di litio sull'elettrodo di grafite della batteria e la reazione di placcatura al litio coesistono e competono tra loro. In condizioni di bassa temperatura, la diffusione degli ioni di litio nella grafite viene inibita e la conduttività dell'elettrolita diminuisce, determinando una diminuzione della velocità di inserimento. Sulla superficie della grafite è più probabile che si verifichi la reazione di placcatura al litio.
La ricerca ha dimostrato che una batteria con una capacità di 3500 mAh, se utilizzata in un ambiente di -10 gradi, dopo meno di 100 cicli di carica e scarica, subirà un forte calo della capacità della batteria fino a 500 mAh e verrà sostanzialmente scartata. Vale a dire, in un ambiente di lavoro di -10 grado, se un veicolo elettrico viene caricato e scaricato una volta al giorno, la batteria dovrà essere rottamata e sostituita con una nuova dopo tre mesi.
I motivi che influenzano le prestazioni a bassa temperatura delle batterie al litio ferro fosfato:
1. Struttura dell'elettrodo positivo
La struttura tridimensionale del materiale dell'elettrodo positivo limita la velocità di diffusione delle batterie al litio ferro fosfato, soprattutto a basse temperature. Diversi materiali degli elettrodi positivi hanno strutture tridimensionali diverse. Attualmente, importanti materiali per elettrodi positivi utilizzati nelle batterie agli ioni di litio per veicoli elettrici sono il fosfato di litio ferro, i materiali ternari al nichel cobalto manganese e l'ossido di litio manganese. La capacità di scarica delle batterie al litio ferro fosfato può raggiungere solo il 67,38% della capacità della temperatura ambiente a -20 gradi, mentre le batterie ternarie al nichel cobalto manganese possono raggiungere il 70,1%.
2. Solvente ad alto punto di fusione
A causa della presenza di solventi con punto di fusione elevato nella miscela di solventi dell'elettrolita, la viscosità dell'elettrolito della batteria agli ioni di litio aumenta alle basse temperature. Quando la temperatura è troppo bassa, si verifica la solidificazione dell'elettrolita, che porta ad una diminuzione della velocità di trasmissione degli ioni di litio nell'elettrolita.
3. Velocità di diffusione degli ioni di litio
La velocità di diffusione degli ioni di litio negli elettrodi negativi di grafite diminuisce in condizioni di bassa temperatura. L'aumento dell'impedenza di trasferimento della carica delle batterie agli ioni di litio in ambienti a bassa temperatura porta ad una diminuzione della velocità di diffusione degli ioni di litio nell'elettrodo negativo di grafite, che è un motivo importante che influisce sulle prestazioni a bassa temperatura delle batterie al litio ferro fosfato.
4. Membrana SEI
In ambienti a bassa temperatura, la pellicola SEI sull'elettrodo negativo delle batterie al litio ferro fosfato si ispessisce e l'impedenza della pellicola SEI aumenta, portando a una diminuzione della velocità di conduzione degli ioni di litio nella pellicola SEI. In definitiva, la polarizzazione che si forma durante la carica e la scarica in ambienti a bassa temperatura riduce l'efficienza della carica e della scarica.
5. Ambiente di produzione
Essendo un prodotto high-tech con numerose materie prime chimiche e processi complessi, le batterie al litio ferro fosfato hanno requisiti elevati di temperatura, umidità, polvere e altri fattori nel loro ambiente di produzione. Se non adeguatamente controllata, la qualità della batteria varierà.
Riepilogo: Attualmente, molteplici fattori influenzano le prestazioni a bassa temperatura delle batterie al litio ferro fosfato, come la struttura dell'elettrodo positivo, il tasso di migrazione degli ioni di litio in varie parti della batteria, lo spessore e la composizione chimica del film SEI, e la selezione dei sali di litio e dei solventi nell'elettrolita. Le prestazioni a bassa temperatura limitano l'applicazione delle batterie agli ioni di litio nel campo dei veicoli elettrici, campi speciali e ambienti estremi. Lo sviluppo di batterie agli ioni di litio con eccellenti prestazioni a basse temperature è una richiesta urgente nel mercato.
