يقتصر استخدام بطاريات الليثيوم أيون في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة، حيث ستنخفض قدرتها على التفريغ بشدة ولا يمكن شحنها في درجات حرارة منخفضة. أثناء الشحن في درجات حرارة منخفضة، يتعايش إدخال أيونات الليثيوم على قطب الجرافيت للبطارية وتفاعل طلاء الليثيوم ويتنافسان مع بعضهما البعض. في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة، يتم تثبيط انتشار أيونات الليثيوم في الجرافيت، وتنخفض موصلية المنحل بالكهرباء، مما يؤدي إلى انخفاض معدل الإدراج. على سطح الجرافيت، من المرجح أن يحدث تفاعل طلاء الليثيوم.
أظهرت الأبحاث أن البطارية بسعة 3500 مللي أمبير، إذا تم تشغيلها في بيئة بدرجة -10، وبعد أقل من 100 دورة شحن وتفريغ، ستشهد انخفاضًا حادًا في سعة البطارية إلى 500 مللي أمبير، ويتم التخلص منها بشكل أساسي. وهذا يعني أنه في بيئة عمل بدرجة -10، إذا تم شحن السيارة الكهربائية وتفريغها مرة واحدة يوميًا، فيجب التخلص من البطارية واستبدالها بأخرى جديدة بعد ثلاثة أشهر.
الأسباب التي تؤثر على أداء درجات الحرارة المنخفضة لبطاريات ليثيوم فوسفات الحديد:
1. هيكل القطب الإيجابي
يحد الهيكل ثلاثي الأبعاد لمادة القطب الموجب من معدل انتشار بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم، خاصة في درجات الحرارة المنخفضة. تحتوي مواد القطب الموجب المختلفة على هياكل ثلاثية الأبعاد مختلفة. حاليًا، مواد القطب الموجب المهمة المستخدمة في بطاريات الليثيوم أيون للسيارات الكهربائية هي فوسفات حديد الليثيوم، والمواد الثلاثية منجنيز النيكل والكوبالت، وأكسيد منجنيز الليثيوم. يمكن أن تصل قدرة التفريغ لبطاريات فوسفات الحديد الليثيوم إلى 67.38% فقط من سعة درجة حرارة الغرفة عند درجة -20، بينما يمكن أن تصل بطاريات النيكل والكوبالت والمنغنيز الثلاثية إلى 70.1%.
2. ارتفاع نقطة انصهار المذيبات
بسبب وجود مذيبات ذات نقطة انصهار عالية في المذيب المختلط للإلكتروليت، تزداد لزوجة إلكتروليت بطارية أيون الليثيوم عند درجات الحرارة المنخفضة. عندما تكون درجة الحرارة منخفضة جدًا، يحدث تصلب الإلكتروليت، مما يؤدي إلى انخفاض معدل انتقال أيونات الليثيوم في الإلكتروليت.
3. معدل انتشار أيون الليثيوم
يتناقص معدل انتشار أيونات الليثيوم في أقطاب الجرافيت السالبة في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة. تؤدي الزيادة في مقاومة نقل الشحنة لبطاريات الليثيوم أيون في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة إلى انخفاض معدل انتشار أيونات الليثيوم في القطب السالب للجرافيت، وهو سبب مهم يؤثر على أداء بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد في درجات الحرارة المنخفضة.
4. غشاء SEI
في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة، يتكاثف فيلم SEI الموجود على القطب السالب لبطاريات فوسفات الحديد الليثيوم، وتزداد مقاومة فيلم SEI، مما يؤدي إلى انخفاض معدل توصيل أيونات الليثيوم في فيلم SEI. وفي نهاية المطاف، فإن الاستقطاب الذي يتشكل أثناء الشحن والتفريغ في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة يقلل من كفاءة الشحن والتفريغ.
5. بيئة الإنتاج
باعتبارها منتجًا عالي التقنية يحتوي على العديد من المواد الخام الكيميائية والعمليات المعقدة، فإن بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد لديها متطلبات عالية لدرجة الحرارة والرطوبة والغبار وعوامل أخرى في بيئة إنتاجها. إذا لم يتم التحكم فيها بشكل صحيح، فسوف تتقلب جودة البطارية.
ملخص: حاليًا، هناك عوامل متعددة تؤثر على أداء بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد في درجات الحرارة المنخفضة، مثل هيكل القطب الموجب، ومعدل هجرة أيونات الليثيوم في أجزاء مختلفة من البطارية، والسمك والتركيب الكيميائي لفيلم SEI، واختيار أملاح الليثيوم والمذيبات في المنحل بالكهرباء. يحد أداء درجات الحرارة المنخفضة من استخدام بطاريات الليثيوم أيون في مجال السيارات الكهربائية والمجالات الخاصة والبيئات القاسية. يعد تطوير بطاريات الليثيوم أيون ذات الأداء الممتاز في درجات الحرارة المنخفضة طلبًا ملحًا في السوق.
