El uso de baterías de iones de litio está limitado en entornos de baja temperatura, ya que su capacidad de descarga disminuirá gravemente y no se pueden cargar a bajas temperaturas. Durante la carga a baja temperatura, la inserción de iones de litio en el electrodo de grafito de la batería y la reacción de revestimiento de litio coexisten y compiten entre sí. En condiciones de baja temperatura, se inhibe la difusión de iones de litio en el grafito y la conductividad del electrolito disminuye, lo que conduce a una disminución en la tasa de inserción. En la superficie del grafito, es más probable que se produzca la reacción de revestimiento de litio.
Las investigaciones han demostrado que una batería con una capacidad de 3500 mAh, si se opera en un entorno de -10 grados, después de menos de 100 ciclos de carga y descarga, experimentará una fuerte disminución en la capacidad de la batería a 500 mAh y, básicamente, se desecha. Es decir, en un entorno de trabajo de -10 grado, si un vehículo eléctrico se carga y descarga una vez al día, la batería habrá que desguazarla y sustituirla por una nueva al cabo de tres meses.
Las razones que afectan el rendimiento a baja temperatura de las baterías de fosfato de hierro y litio:
1. Estructura de electrodo positivo
La estructura tridimensional del material del electrodo positivo restringe la tasa de difusión de las baterías de fosfato de hierro y litio, especialmente a bajas temperaturas. Los diferentes materiales de electrodos positivos tienen diferentes estructuras tridimensionales. Actualmente, los materiales de electrodos positivos importantes utilizados en las baterías de iones de litio para vehículos eléctricos son el fosfato de hierro y litio, los materiales ternarios de níquel, cobalto y manganeso y el óxido de litio y manganeso. La capacidad de descarga de las baterías de fosfato de hierro y litio solo puede alcanzar el 67,38% de la capacidad a temperatura ambiente a -20 grados, mientras que las baterías ternarias de níquel cobalto y manganeso pueden alcanzar el 70,1%.
2. Disolvente de alto punto de fusión
Debido a la presencia de disolventes de alto punto de fusión en la mezcla de disolventes del electrolito, la viscosidad del electrolito de la batería de iones de litio aumenta a bajas temperaturas. Cuando la temperatura es demasiado baja, se produce la solidificación del electrolito, lo que provoca una disminución en la velocidad de transmisión de iones de litio en el electrolito.
3. Tasa de difusión de iones de litio
La tasa de difusión de los iones de litio en electrodos negativos de grafito disminuye en condiciones de baja temperatura. El aumento de la impedancia de transferencia de carga de las baterías de iones de litio en entornos de baja temperatura conduce a una disminución en la tasa de difusión de los iones de litio en el electrodo negativo de grafito, que es una razón importante que afecta el rendimiento a baja temperatura de las baterías de fosfato de hierro y litio.
4. Membrana SEI
En ambientes de baja temperatura, la película SEI en el electrodo negativo de las baterías de fosfato de hierro y litio se espesa y la impedancia de la película SEI aumenta, lo que lleva a una disminución en la velocidad de conducción de los iones de litio en la película SEI. En última instancia, la polarización formada durante la carga y descarga en entornos de baja temperatura reduce la eficiencia de la carga y descarga.
5. Entorno de producción
Como producto de alta tecnología con numerosas materias primas químicas y procesos complejos, las baterías de fosfato de hierro y litio tienen altos requisitos de temperatura, humedad, polvo y otros factores en su entorno de producción. Si no se controla adecuadamente, la calidad de la batería fluctuará.
Resumen: Actualmente, múltiples factores afectan el rendimiento a baja temperatura de las baterías de fosfato de hierro y litio, como la estructura del electrodo positivo, la tasa de migración de iones de litio en varias partes de la batería, el espesor y la composición química de la película SEI, y la selección de sales de litio y disolventes en el electrolito. El rendimiento a baja temperatura limita la aplicación de las baterías de iones de litio en el campo de los vehículos eléctricos, campos especiales y entornos extremos. El desarrollo de baterías de iones de litio con un excelente rendimiento a baja temperatura es una demanda urgente en el mercado.
