Penggunaan baterai litium-ion dibatasi di lingkungan bersuhu rendah, karena kapasitas pengosongannya akan sangat menurun dan tidak dapat diisi dayanya pada suhu rendah. Selama pengisian suhu rendah, penyisipan ion litium pada elektroda grafit baterai dan reaksi pelapisan litium hidup berdampingan dan bersaing satu sama lain. Dalam kondisi suhu rendah, difusi ion litium dalam grafit terhambat, dan konduktivitas elektrolit menurun, sehingga menyebabkan penurunan laju penyisipan. Pada permukaan grafit, reaksi pelapisan litium lebih mungkin terjadi.
Penelitian telah menunjukkan bahwa baterai berkapasitas 3500mAh, jika dioperasikan di lingkungan bersuhu -10 derajat, setelah kurang dari 100 siklus pengisian dan pengosongan, akan mengalami penurunan tajam kapasitas baterai hingga 500mAh, dan pada dasarnya dibuang. Artinya, dalam lingkungan kerja dengan suhu -10 derajat, jika kendaraan listrik diisi dan dikosongkan sekali sehari, baterainya harus dibuang dan diganti dengan yang baru setelah tiga bulan.
Alasan yang mempengaruhi kinerja suhu rendah baterai lithium besi fosfat:
1. Struktur elektroda positif
Struktur tiga dimensi bahan elektroda positif membatasi laju difusi baterai litium besi fosfat, terutama pada suhu rendah. Bahan elektroda positif yang berbeda memiliki struktur tiga dimensi yang berbeda. Saat ini, bahan elektroda positif penting yang digunakan dalam baterai litium-ion untuk kendaraan listrik adalah litium besi fosfat, bahan terner mangan nikel kobalt, dan litium mangan oksida. Kapasitas pengosongan baterai litium besi fosfat hanya dapat mencapai 67,38% dari kapasitas suhu ruangan pada suhu -20 derajat, sedangkan baterai ternary nikel kobalt mangan dapat mencapai 70,1%.
2. Pelarut titik leleh tinggi
Karena adanya pelarut dengan titik leleh tinggi dalam campuran pelarut elektrolit, viskositas elektrolit baterai lithium-ion meningkat pada suhu rendah. Ketika suhu terlalu rendah, terjadi pemadatan elektrolit, yang menyebabkan penurunan laju transmisi ion litium dalam elektrolit.
3. Laju difusi ion litium
Laju difusi ion litium dalam elektroda negatif grafit menurun pada kondisi suhu rendah. Peningkatan impedansi transfer muatan baterai litium-ion di lingkungan bersuhu rendah menyebabkan penurunan laju difusi ion litium dalam elektroda negatif grafit, yang merupakan alasan penting yang mempengaruhi kinerja suhu rendah baterai litium besi fosfat.
4. Membran SEI
Di lingkungan bersuhu rendah, film SEI pada elektroda negatif baterai litium besi fosfat mengental, dan impedansi film SEI meningkat, menyebabkan penurunan laju konduksi ion litium dalam film SEI. Pada akhirnya, polarisasi yang terbentuk selama pengisian dan pengosongan di lingkungan bersuhu rendah mengurangi efisiensi pengisian dan pengosongan.
5. Lingkungan produksi
Sebagai produk berteknologi tinggi dengan banyak bahan baku kimia dan proses yang kompleks, baterai litium besi fosfat memiliki persyaratan tinggi terhadap suhu, kelembapan, debu, dan faktor lain di lingkungan produksinya. Jika tidak dikontrol dengan baik, kualitas baterai akan berfluktuasi.
Ringkasan: Saat ini, banyak faktor yang mempengaruhi kinerja suhu rendah baterai litium besi fosfat, seperti struktur elektroda positif, laju migrasi ion litium di berbagai bagian baterai, ketebalan dan komposisi kimia film SEI, dan pemilihan garam litium dan pelarut dalam elektrolit. Kinerja suhu rendah membatasi penerapan baterai lithium-ion di bidang kendaraan listrik, bidang khusus, dan lingkungan ekstrem. Mengembangkan baterai lithium-ion dengan kinerja suhu rendah yang sangat baik merupakan permintaan mendesak di pasar.
