Der Einsatz von Lithium-Ionen-Akkus ist in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen eingeschränkt, da ihre Entladekapazität stark nachlässt und sie bei niedrigen Temperaturen nicht geladen werden können. Beim Laden bei niedriger Temperatur treten die Einfügung von Lithiumionen in die Graphitelektrode der Batterie und die Lithiumplattierungsreaktion nebeneinander auf und konkurrieren miteinander. Bei niedrigen Temperaturen wird die Diffusion von Lithiumionen im Graphit gehemmt und die Leitfähigkeit des Elektrolyten nimmt ab, was zu einer Verringerung der Einfügungsrate führt. Auf der Oberfläche von Graphit ist die Lithium-Plattierungsreaktion wahrscheinlicher.
Untersuchungen haben gezeigt, dass eine Batterie mit einer Kapazität von 3500 mAh, wenn sie in einer Umgebung von -10 Grad betrieben wird, nach weniger als 100 Lade- und Entladezyklen einen starken Rückgang der Batteriekapazität auf 500 mAh erfährt und praktisch verschrottet wird. Das heißt, wenn ein Elektrofahrzeug in einer Arbeitsumgebung mit -10 Grad einmal am Tag geladen und entladen wird, muss die Batterie nach drei Monaten verschrottet und durch eine neue ersetzt werden.
Die Gründe, die die Leistung von Lithium-Eisenphosphat-Batterien bei niedrigen Temperaturen beeinträchtigen:
1. Positive Elektrodenstruktur
Die dreidimensionale Struktur des positiven Elektrodenmaterials schränkt die Diffusionsgeschwindigkeit von Lithium-Eisenphosphat-Batterien insbesondere bei niedrigen Temperaturen ein. Unterschiedliche positive Elektrodenmaterialien weisen unterschiedliche dreidimensionale Strukturen auf. Derzeit sind Lithiumeisenphosphat, ternäre Nickel-Kobalt-Mangan-Materialien und Lithiummanganoxid wichtige positive Elektrodenmaterialien, die in Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge verwendet werden. Die Entladekapazität von Lithium-Eisenphosphat-Batterien kann bei -20 Grad nur 67,38 % der Raumtemperaturkapazität erreichen, während ternäre Nickel-Kobalt-Mangan-Batterien 70,1 % erreichen können.
2. Lösungsmittel mit hohem Schmelzpunkt
Aufgrund des Vorhandenseins von Lösungsmitteln mit hohem Schmelzpunkt im gemischten Elektrolytlösungsmittel erhöht sich die Viskosität des Lithium-Ionen-Batterieelektrolyten bei niedrigen Temperaturen. Wenn die Temperatur zu niedrig ist, kommt es zur Verfestigung des Elektrolyten, was zu einer Verringerung der Übertragungsrate von Lithiumionen im Elektrolyten führt.
3. Lithiumionen-Diffusionsrate
Die Diffusionsrate von Lithiumionen in negativen Graphitelektroden nimmt unter niedrigen Temperaturbedingungen ab. Die Erhöhung der Ladungsübertragungsimpedanz von Lithium-Ionen-Batterien in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen führt zu einer Verringerung der Diffusionsrate von Lithiumionen in der negativen Graphitelektrode, was ein wichtiger Grund für die Beeinträchtigung der Leistung von Lithium-Eisenphosphat-Batterien bei niedrigen Temperaturen ist.
4. SEI-Membran
In Umgebungen mit niedrigen Temperaturen wird der SEI-Film auf der negativen Elektrode von Lithium-Eisenphosphat-Batterien dicker und die Impedanz des SEI-Films nimmt zu, was zu einer Verringerung der Leitungsrate von Lithiumionen im SEI-Film führt. Letztendlich verringert die beim Laden und Entladen in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen entstehende Polarisation die Effizienz des Ladens und Entladens.
5. Produktionsumgebung
Als Hightech-Produkt mit zahlreichen chemischen Rohstoffen und komplexen Prozessen stellen Lithium-Eisenphosphat-Batterien hohe Anforderungen an Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Staub und andere Faktoren in ihrer Produktionsumgebung. Bei unsachgemäßer Kontrolle schwankt die Batteriequalität.
Zusammenfassung: Derzeit beeinflussen mehrere Faktoren die Leistung von Lithiumeisenphosphatbatterien bei niedrigen Temperaturen, wie z. B. die Struktur der positiven Elektrode, die Migrationsrate von Lithiumionen in verschiedenen Teilen der Batterie, die Dicke und chemische Zusammensetzung des SEI-Films. und die Auswahl von Lithiumsalzen und Lösungsmitteln im Elektrolyten. Die Leistung bei niedrigen Temperaturen schränkt den Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien im Bereich Elektrofahrzeuge, Spezialgebiete und extreme Umgebungen ein. Die Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien mit hervorragender Leistung bei niedrigen Temperaturen ist eine dringende Nachfrage auf dem Markt.
