การใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถูกจำกัดในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำ เนื่องจากความสามารถในการคายประจุจะลดลงอย่างมาก และไม่สามารถชาร์จที่อุณหภูมิต่ำได้ ในระหว่างการชาร์จที่อุณหภูมิต่ำ การแทรกลิเธียมไอออนบนอิเล็กโทรดกราไฟท์ของแบตเตอรี่และปฏิกิริยาการชุบลิเธียมอยู่ร่วมกันและแข่งขันกัน ภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำ การแพร่กระจายของลิเธียมไอออนในกราไฟท์จะถูกยับยั้ง และความนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรไลต์จะลดลง ส่งผลให้อัตราการแทรกซึมลดลง บนพื้นผิวของกราไฟท์ ปฏิกิริยาการชุบลิเธียมมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นมากขึ้น
การวิจัยแสดงให้เห็นว่าแบตเตอรี่ที่มีความจุ 3500mAh หากใช้งานในสภาพแวดล้อม -10 องศา หลังจากชาร์จและคายประจุน้อยกว่า 100 รอบ จะพบว่าความจุของแบตเตอรี่ลดลงอย่างรวดเร็วเหลือ 500mAh และโดยพื้นฐานแล้วจะถูกทำลายทิ้ง กล่าวคือ ในสภาพแวดล้อมการทำงานที่มีอุณหภูมิ -10 องศา หากมีการชาร์จและคายประจุรถยนต์ไฟฟ้าวันละครั้ง แบตเตอรี่จะต้องถูกทิ้งและเปลี่ยนใหม่หลังจากผ่านไปสามเดือน
สาเหตุที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิต่ำของแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต:
1. โครงสร้างอิเล็กโทรดบวก
โครงสร้างสามมิติของวัสดุอิเล็กโทรดบวกจำกัดอัตราการแพร่ของแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อุณหภูมิต่ำ วัสดุอิเล็กโทรดบวกที่แตกต่างกันมีโครงสร้างสามมิติที่แตกต่างกัน ในปัจจุบัน วัสดุอิเล็กโทรดเชิงบวกที่สำคัญที่ใช้ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสำหรับยานพาหนะไฟฟ้า ได้แก่ ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต วัสดุไตรภาคนิกเกิลโคบอลต์แมงกานีส และลิเธียมแมงกานีสออกไซด์ ความสามารถในการคายประจุของแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตสามารถเข้าถึงได้เพียง 67.38% ของความจุอุณหภูมิห้องที่ -20 องศา ในขณะที่แบตเตอรี่แบบไตรภาคนิกเกิลโคบอลต์แมงกานีสสามารถเข้าถึงได้ 70.1%
2. ตัวทำละลายจุดหลอมเหลวสูง
เนื่องจากมีตัวทำละลายที่มีจุดหลอมเหลวสูงในตัวทำละลายผสมของอิเล็กโทรไลต์ ความหนืดของอิเล็กโทรไลต์แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจึงเพิ่มขึ้นที่อุณหภูมิต่ำ เมื่ออุณหภูมิต่ำเกินไป จะเกิดการแข็งตัวของอิเล็กโทรไลต์ ส่งผลให้อัตราการส่งผ่านของลิเธียมไอออนในอิเล็กโทรไลต์ลดลง
3. อัตราการแพร่กระจายของลิเธียมไอออน
อัตราการแพร่กระจายของลิเธียมไอออนในขั้วลบกราไฟท์จะลดลงภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำ การเพิ่มขึ้นของความต้านทานการถ่ายโอนประจุของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำส่งผลให้อัตราการแพร่กระจายของไอออนลิเธียมในขั้วลบกราไฟต์ลดลง ซึ่งเป็นเหตุผลสำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิต่ำของแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต
4. เมมเบรน SEI
ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำ ฟิล์ม SEI บนขั้วลบของแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตจะหนาขึ้น และความต้านทานของฟิล์ม SEI จะเพิ่มขึ้น ส่งผลให้อัตราการนำของลิเธียมไอออนในฟิล์ม SEI ลดลง ในที่สุด โพลาไรเซชันที่เกิดขึ้นระหว่างการชาร์จและการคายประจุในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำจะลดประสิทธิภาพของการชาร์จและการคายประจุ
5. สภาพแวดล้อมการผลิต
เนื่องจากเป็นผลิตภัณฑ์เทคโนโลยีขั้นสูงที่มีวัตถุดิบทางเคมีจำนวนมากและกระบวนการที่ซับซ้อน แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตจึงมีความต้องการสูงในด้านอุณหภูมิ ความชื้น ฝุ่น และปัจจัยอื่นๆ ในสภาพแวดล้อมการผลิต หากไม่ได้รับการควบคุมอย่างเหมาะสม คุณภาพของแบตเตอรี่จะผันผวน
สรุป: ปัจจุบัน มีปัจจัยหลายประการที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิต่ำของแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต เช่น โครงสร้างของอิเล็กโทรดบวก อัตราการย้ายของลิเธียมไอออนในส่วนต่างๆ ของแบตเตอรี่ ความหนาและองค์ประกอบทางเคมีของฟิล์ม SEI และการเลือกใช้เกลือลิเธียมและตัวทำละลายในอิเล็กโทรไลต์ ประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำจำกัดการใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในด้านยานพาหนะไฟฟ้า สนามพิเศษ และสภาพแวดล้อมที่รุนแรง การพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิต่ำเป็นเลิศถือเป็นความต้องการเร่งด่วนในตลาด
