Lityum iyon pillerin deşarj kapasiteleri ciddi oranda düşeceğinden ve düşük sıcaklıklarda şarj edilemeyeceklerinden düşük sıcaklıktaki ortamlarda kullanımı sınırlıdır. Düşük sıcaklıkta şarj sırasında, lityum iyonlarının pilin grafit elektroduna yerleştirilmesi ve lityum kaplama reaksiyonu bir arada var olur ve birbirleriyle rekabet eder. Düşük sıcaklık koşullarında, lityum iyonlarının grafit içindeki difüzyonu engellenir ve elektrolitin iletkenliği azalır, bu da ekleme oranının azalmasına neden olur. Grafit yüzeyinde lityum kaplama reaksiyonunun meydana gelme olasılığı daha yüksektir.
Araştırmalar, 3500 mAh kapasiteli bir pilin, -10 derecelik bir ortamda çalıştırılması durumunda, 100'den az şarj ve deşarj döngüsünden sonra pil kapasitesinde 500 mAh'a keskin bir düşüş yaşayacağını ve temelde hurdaya çıktığını göstermiştir. Yani -10 derecelik bir çalışma ortamında, elektrikli bir aracın günde bir kez şarj edilip boşaltılması halinde, üç ay sonra pilinin hurdaya çıkarılıp yenisi ile değiştirilmesi gerekecektir.
Lityum demir fosfat pillerin düşük sıcaklık performansını etkileyen nedenler:
1. Pozitif elektrot yapısı
Pozitif elektrot malzemesinin üç boyutlu yapısı, lityum demir fosfat pillerin özellikle düşük sıcaklıklarda difüzyon hızını kısıtlamaktadır. Farklı pozitif elektrot malzemeleri farklı üç boyutlu yapılara sahiptir. Şu anda elektrikli araçlara yönelik lityum iyon pillerde kullanılan önemli pozitif elektrot malzemeleri, lityum demir fosfat, nikel kobalt manganez üçlü malzemeleri ve lityum manganez oksittir. Lityum demir fosfat pillerin deşarj kapasitesi, -20 derece sıcaklıkta oda sıcaklığı kapasitesinin yalnızca %67,38'ine ulaşabilirken, nikel kobalt manganez üçlü pillerin deşarj kapasitesi %70,1'e ulaşabilir.
2. Yüksek erime noktalı solvent
Karışık elektrolit solventinde yüksek erime noktalı solventlerin varlığı nedeniyle, lityum iyon akü elektrolitinin viskozitesi düşük sıcaklıklarda artar. Sıcaklık çok düşük olduğunda elektrolit katılaşması meydana gelir ve bu da elektrolitteki lityum iyonlarının iletim hızının azalmasına yol açar.
3. Lityum iyon difüzyon hızı
Grafit negatif elektrotlarda lityum iyonlarının difüzyon hızı, düşük sıcaklık koşullarında azalır. Düşük sıcaklıklı ortamlarda lityum iyon pillerin yük transfer empedansının artması, lityum iyonlarının grafit negatif elektrotta difüzyon hızının azalmasına yol açar, bu da lityum demir fosfat pillerin düşük sıcaklık performansını etkileyen önemli bir nedendir.
4. SEI membranı
Düşük sıcaklıktaki ortamlarda, lityum demir fosfat pillerin negatif elektrotu üzerindeki SEI filmi kalınlaşır ve SEI filminin empedansı artar, bu da SEI filminde lityum iyonlarının iletim hızının azalmasına yol açar. Sonuçta düşük sıcaklıktaki ortamlarda şarj ve deşarj sırasında oluşan polarizasyon, şarj ve deşarjın verimliliğini azaltır.
5. Üretim ortamı
Çok sayıda kimyasal hammaddeye ve karmaşık işlemlere sahip yüksek teknoloji ürünü bir ürün olan lityum demir fosfat piller, üretim ortamlarındaki sıcaklık, nem, toz ve diğer faktörler açısından yüksek gereksinimlere sahiptir. Düzgün kontrol edilmezse pil kalitesi dalgalanacaktır.
Özet: Şu anda, pozitif elektrotun yapısı, pilin çeşitli kısımlarındaki lityum iyonlarının göç hızı, SEI filminin kalınlığı ve kimyasal bileşimi gibi lityum demir fosfat pillerin düşük sıcaklık performansını etkileyen birçok faktör vardır. ve elektrolitteki lityum tuzlarının ve çözücülerin seçimi. Düşük sıcaklık performansı, lityum iyon pillerin elektrikli araçlar, özel alanlar ve zorlu ortamlardaki kullanımını sınırlar. Mükemmel düşük sıcaklık performansına sahip lityum iyon pillerin geliştirilmesi pazarda acil bir taleptir.
