A utilização de baterias de iões de lítio é limitada em ambientes de baixa temperatura, uma vez que a sua capacidade de descarga diminuirá drasticamente e não poderão ser carregadas a baixas temperaturas. Durante o carregamento em baixa temperatura, a inserção de íons de lítio no eletrodo de grafite da bateria e a reação de revestimento de lítio coexistem e competem entre si. Sob condições de baixa temperatura, a difusão dos íons de lítio na grafite é inibida e a condutividade do eletrólito diminui, levando a uma diminuição na taxa de inserção. Na superfície do grafite, é mais provável que ocorra a reação de revestimento de lítio.
A pesquisa mostrou que uma bateria com capacidade de 3500mAh, se operada em um ambiente de -10 grau, após menos de 100 ciclos de carga e descarga, experimentará um declínio acentuado na capacidade da bateria para 500mAh e será basicamente descartada. Ou seja, em um ambiente de trabalho de -10 grau, se um veículo elétrico for carregado e descarregado uma vez por dia, a bateria deverá ser descartada e substituída por uma nova após três meses.
As razões que afetam o desempenho em baixa temperatura das baterias de fosfato de ferro-lítio:
1. Estrutura do eletrodo positivo
A estrutura tridimensional do material do eletrodo positivo restringe a taxa de difusão das baterias de fosfato de ferro-lítio, especialmente em baixas temperaturas. Diferentes materiais de eletrodos positivos possuem diferentes estruturas tridimensionais. Atualmente, importantes materiais de eletrodos positivos usados em baterias de íon-lítio para veículos elétricos são fosfato de ferro-lítio, materiais ternários de níquel-cobalto-manganês e óxido de lítio-manganês. A capacidade de descarga das baterias de fosfato de ferro-lítio pode atingir apenas 67,38% da capacidade da temperatura ambiente em -20 graus, enquanto as baterias ternárias de níquel-cobalto-manganês podem atingir 70,1%.
2. Solvente de alto ponto de fusão
Devido à presença de solventes de alto ponto de fusão no solvente misto do eletrólito, a viscosidade do eletrólito da bateria de íons de lítio aumenta em baixas temperaturas. Quando a temperatura é muito baixa, ocorre a solidificação do eletrólito, levando a uma diminuição na taxa de transmissão de íons de lítio no eletrólito.
3. Taxa de difusão de íons de lítio
A taxa de difusão de íons de lítio em eletrodos negativos de grafite diminui sob condições de baixa temperatura. O aumento na impedância de transferência de carga das baterias de íons de lítio em ambientes de baixa temperatura leva a uma diminuição na taxa de difusão dos íons de lítio no eletrodo negativo de grafite, o que é uma razão importante que afeta o desempenho em baixas temperaturas das baterias de fosfato de ferro-lítio.
4. Membrana SEI
Em ambientes de baixa temperatura, o filme SEI no eletrodo negativo das baterias de fosfato de ferro-lítio engrossa e a impedância do filme SEI aumenta, levando a uma diminuição na taxa de condução de íons de lítio no filme SEI. Em última análise, a polarização formada durante a carga e descarga em ambientes de baixa temperatura reduz a eficiência da carga e descarga.
5. Ambiente de produção
Como um produto de alta tecnologia com inúmeras matérias-primas químicas e processos complexos, as baterias de fosfato de ferro-lítio têm altos requisitos de temperatura, umidade, poeira e outros fatores em seu ambiente de produção. Se não for devidamente controlada, a qualidade da bateria irá flutuar.
Resumo: Atualmente, vários fatores afetam o desempenho em baixas temperaturas das baterias de fosfato de ferro-lítio, como a estrutura do eletrodo positivo, a taxa de migração de íons de lítio em várias partes da bateria, a espessura e a composição química do filme SEI, e a seleção de sais e solventes de lítio no eletrólito. O desempenho em baixa temperatura limita a aplicação de baterias de íon de lítio na área de veículos elétricos, campos especiais e ambientes extremos. O desenvolvimento de baterias de íon-lítio com excelente desempenho em baixas temperaturas é uma demanda urgente no mercado.
