A lítium-ion akkumulátorok használata alacsony hőmérsékletű környezetben korlátozott, mivel kisütési kapacitásuk erősen csökken, és alacsony hőmérsékleten nem tölthetők. Alacsony hőmérsékletű töltés során az akkumulátor grafitelektródájára lítium-ionok beépülése és a lítiumbevonat reakciója párhuzamosan létezik és verseng egymással. Alacsony hőmérsékleti körülmények között a lítium-ionok diffúziója a grafitban gátolt, az elektrolit vezetőképessége csökken, ami a beillesztési sebesség csökkenéséhez vezet. A grafit felületén valószínűbb a lítiumbevonat reakciója.
A kutatások kimutatták, hogy egy 3500 mAh kapacitású akkumulátort, ha -10 fokos környezetben üzemeltetik, kevesebb mint 100 töltési és kisütési ciklus után, az akkumulátor kapacitása meredeken, 500 mAh-ra csökken, és alapvetően selejtezésre kerül. Ez azt jelenti, hogy -10 fokos munkakörnyezetben, ha egy elektromos járművet naponta egyszer töltenek és merítenek, akkor az akkumulátort három hónap elteltével le kell selejtezni, és újakra kell cserélni.
A lítium-vas-foszfát akkumulátorok alacsony hőmérsékletű teljesítményét befolyásoló okok:
1. Pozitív elektróda szerkezet
A pozitív elektróda anyagának háromdimenziós szerkezete korlátozza a lítium-vas-foszfát akkumulátorok diffúziós sebességét, különösen alacsony hőmérsékleten. A különböző pozitív elektródák különböző háromdimenziós szerkezettel rendelkeznek. Jelenleg az elektromos járművek lítium-ion akkumulátoraiban használt fontos pozitív elektródák a lítium-vas-foszfát, a nikkel-kobalt-mangán háromkomponensű anyagok és a lítium-mangán-oxid. A lítium-vas-foszfát akkumulátorok kisütési kapacitása -20 fokon csak a szobahőmérsékletű kapacitás 67,38%-át éri el, míg a nikkel-kobalt-mangán háromkomponensű akkumulátorok 70,1%-át.
2. Magas olvadáspontú oldószer
Az elektrolit kevert oldószerében magas olvadáspontú oldószerek jelenléte miatt a lítium-ion akkumulátor-elektrolit viszkozitása alacsony hőmérsékleten növekszik. Ha a hőmérséklet túl alacsony, az elektrolit megszilárdul, ami az elektrolitban lévő lítium-ionok átviteli sebességének csökkenéséhez vezet.
3. Lítium-ion diffúziós sebesség
A lítium ionok diffúziós sebessége a grafit negatív elektródákban alacsony hőmérsékleten csökken. A lítium-ion akkumulátorok töltésátviteli impedanciájának növekedése alacsony hőmérsékletű környezetben a lítium-ionok diffúziós sebességének csökkenéséhez vezet a grafit negatív elektródában, ami fontos ok, amely befolyásolja a lítium-vas-foszfát akkumulátorok alacsony hőmérsékletű teljesítményét.
4. SEI membrán
Alacsony hőmérsékletű környezetben a lítium-vas-foszfát akkumulátorok negatív elektródáján lévő SEI film megvastagodik, és a SEI film impedanciája megnő, ami a lítium-ionok vezetési sebességének csökkenéséhez vezet a SEI filmben. Végső soron az alacsony hőmérsékletű környezetben a töltés és kisütés során kialakuló polarizáció csökkenti a töltés és kisütés hatékonyságát.
5. Gyártási környezet
A lítium-vas-foszfát akkumulátorok számos vegyi alapanyaggal és összetett folyamattal rendelkező high-tech termékként magas követelményeket támasztanak a hőmérséklettel, páratartalommal, porral és egyéb tényezőkkel szemben a gyártási környezetükben. Ha nincs megfelelően szabályozva, az akkumulátor minősége ingadozni fog.
Összegzés: Jelenleg számos tényező befolyásolja a lítium-vas-foszfát akkumulátorok alacsony hőmérsékletű teljesítményét, mint például a pozitív elektróda szerkezete, a lítium-ionok migrációs sebessége az akkumulátor különböző részein, a SEI film vastagsága és kémiai összetétele, valamint a lítium sók és oldószerek kiválasztása az elektrolitban. Az alacsony hőmérsékletű teljesítmény korlátozza a lítium-ion akkumulátorok alkalmazását az elektromos járművek területén, speciális területeken és extrém környezetekben. Az alacsony hőmérsékleten is kiváló teljesítményű lítium-ion akkumulátorok fejlesztése sürgető igény a piacon.
