Việc sử dụng pin lithium-ion bị hạn chế trong môi trường nhiệt độ thấp, vì khả năng phóng điện của chúng sẽ giảm nghiêm trọng và không thể sạc được ở nhiệt độ thấp. Trong quá trình sạc ở nhiệt độ thấp, việc đưa các ion lithium vào điện cực than chì của pin và phản ứng mạ lithium cùng tồn tại và cạnh tranh với nhau. Trong điều kiện nhiệt độ thấp, sự khuếch tán của các ion lithium trong than chì bị ức chế và độ dẫn điện của chất điện phân giảm, dẫn đến tốc độ chèn giảm. Trên bề mặt than chì, phản ứng mạ lithium dễ xảy ra hơn.
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng pin có dung lượng 3500mAh, nếu hoạt động trong môi trường có nhiệt độ -10 độ, sau chưa đầy 100 chu kỳ sạc và xả, dung lượng pin sẽ giảm mạnh xuống còn 500mAh và về cơ bản sẽ bị loại bỏ. Tức là, trong môi trường làm việc ở nhiệt độ -10 độ, nếu xe điện được sạc và xả mỗi ngày một lần thì sau ba tháng sẽ phải tháo pin và thay pin mới.
Những lý do ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt độ thấp của pin lithium iron phosphate:
1. Cấu trúc điện cực dương
Cấu trúc ba chiều của vật liệu điện cực dương hạn chế tốc độ khuếch tán của pin lithium iron phosphate, đặc biệt là ở nhiệt độ thấp. Các vật liệu điện cực dương khác nhau có cấu trúc ba chiều khác nhau. Hiện nay, vật liệu điện cực dương quan trọng được sử dụng trong pin lithium-ion dành cho xe điện là lithium iron phosphate, vật liệu ternary mangan coban niken và oxit mangan lithium. Công suất xả của pin lithium iron phosphate chỉ có thể đạt 67,38% công suất nhiệt độ phòng ở mức -20, trong khi pin ternary mangan coban niken có thể đạt 70,1%.
2. Dung môi có điểm nóng chảy cao
Do sự hiện diện của dung môi có điểm nóng chảy cao trong dung môi hỗn hợp của chất điện phân, độ nhớt của chất điện phân pin lithium-ion tăng ở nhiệt độ thấp. Khi nhiệt độ quá thấp, quá trình đông đặc chất điện phân xảy ra, dẫn đến tốc độ truyền của các ion lithium trong chất điện phân giảm.
3. Tốc độ khuếch tán ion lithium
Tốc độ khuếch tán của các ion lithium trong điện cực âm than chì giảm trong điều kiện nhiệt độ thấp. Sự gia tăng trở kháng truyền điện tích của pin lithium-ion trong môi trường nhiệt độ thấp dẫn đến giảm tốc độ khuếch tán của các ion lithium trong điện cực âm than chì, đây là lý do quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt độ thấp của pin lithium iron phosphate.
4. Màng SEI
Trong môi trường nhiệt độ thấp, màng SEI trên điện cực âm của pin lithium iron phosphate dày lên và trở kháng của màng SEI tăng lên, dẫn đến tốc độ dẫn truyền của các ion lithium trong màng SEI giảm. Cuối cùng, sự phân cực hình thành trong quá trình sạc và xả trong môi trường nhiệt độ thấp làm giảm hiệu quả của việc sạc và xả.
5. Môi trường sản xuất
Là một sản phẩm công nghệ cao với nhiều nguyên liệu thô hóa học và quy trình phức tạp, pin lithium iron phosphate có yêu cầu cao về nhiệt độ, độ ẩm, bụi và các yếu tố khác trong môi trường sản xuất. Nếu không được kiểm soát đúng cách, chất lượng pin sẽ dao động.
Tóm tắt: Hiện tại, có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất ở nhiệt độ thấp của pin lithium iron phosphate, chẳng hạn như cấu trúc của điện cực dương, tốc độ di chuyển của các ion lithium trong các bộ phận khác nhau của pin, độ dày và thành phần hóa học của màng SEI, và việc lựa chọn muối lithium và dung môi trong chất điện phân. Hiệu suất ở nhiệt độ thấp hạn chế ứng dụng của pin lithium-ion trong lĩnh vực xe điện, các lĩnh vực đặc biệt và môi trường khắc nghiệt. Phát triển pin lithium-ion với hiệu suất tuyệt vời ở nhiệt độ thấp là nhu cầu cấp thiết trên thị trường.
