Uporaba litij-ionskih baterij je v okoljih z nizko temperaturo omejena, saj bo njihova zmogljivost praznjenja močno upadla in jih ni mogoče polniti pri nizkih temperaturah. Med nizkotemperaturnim polnjenjem vstavljanje litijevih ionov na grafitno elektrodo baterije in reakcija prevleke z litijem soobstajata in tekmujeta drug z drugim. Pri nizkih temperaturah je difuzija litijevih ionov v grafitu zavrta, prevodnost elektrolita pa se zmanjša, kar povzroči zmanjšanje hitrosti vstavljanja. Na površini grafita je večja verjetnost, da bo prišlo do reakcije litijskega prevleke.
Raziskave so pokazale, da bo baterija s kapaciteto 3500 mAh, če deluje v okolju -10 stopinj , po manj kot 100 ciklih polnjenja in praznjenja doživela močan upad zmogljivosti baterije na 500 mAh in je v bistvu zavržena. To pomeni, da bo treba v delovnem okolju -10 stopinj, če se električno vozilo polni in prazni enkrat na dan, baterijo odstraniti in po treh mesecih zamenjati z novo.
Razlogi, ki vplivajo na delovanje litij-železo-fosfatnih baterij pri nizkih temperaturah:
1. Struktura pozitivne elektrode
Tridimenzionalna struktura materiala pozitivne elektrode omejuje hitrost difuzije litij-železo-fosfatnih baterij, zlasti pri nizkih temperaturah. Različni materiali pozitivnih elektrod imajo različne tridimenzionalne strukture. Trenutno so pomembni materiali pozitivnih elektrod, ki se uporabljajo v litij-ionskih baterijah za električna vozila, litij-železov fosfat, ternarni materiali nikelj-kobalt-mangan in litij-manganov oksid. Zmogljivost praznjenja litij-železo-fosfatnih baterij lahko doseže le 67,38 % kapacitete pri sobni temperaturi pri -20 stopinjah, medtem ko lahko nikelj-kobalt-manganove ternarne baterije dosežejo 70,1 %.
2. Topilo z visokim tališčem
Zaradi prisotnosti topil z visokim tališčem v mešanem topilu elektrolita se viskoznost elektrolita litij-ionske baterije poveča pri nizkih temperaturah. Ko je temperatura prenizka, pride do strjevanja elektrolita, kar povzroči zmanjšanje hitrosti prenosa litijevih ionov v elektrolit.
3. Hitrost difuzije litijevega iona
Hitrost difuzije litijevih ionov v grafitnih negativnih elektrodah se zmanjša pri nizkih temperaturah. Povečanje impedance prenosa naboja litij-ionskih baterij v nizkotemperaturnih okoljih povzroči zmanjšanje stopnje difuzije litijevih ionov v grafitni negativni elektrodi, kar je pomemben razlog, ki vpliva na nizkotemperaturno zmogljivost litij-železo-fosfatnih baterij.
4. SEI membrana
V nizkotemperaturnih okoljih se film SEI na negativni elektrodi litij-železo-fosfatnih baterij zgosti in impedanca filma SEI se poveča, kar povzroči zmanjšanje prevodne hitrosti litijevih ionov v filmu SEI. Navsezadnje polarizacija, ki nastane med polnjenjem in praznjenjem v okoljih z nizko temperaturo, zmanjša učinkovitost polnjenja in praznjenja.
5. Proizvodno okolje
Kot visokotehnološki izdelek s številnimi kemičnimi surovinami in kompleksnimi postopki imajo litij-železo-fosfatne baterije visoke zahteve glede temperature, vlažnosti, prahu in drugih dejavnikov v proizvodnem okolju. Če ni pravilno nadzorovana, bo kakovost baterije nihala.
Povzetek: Trenutno na delovanje litij-železo-fosfatnih baterij pri nizkih temperaturah vpliva več dejavnikov, kot so struktura pozitivne elektrode, stopnja migracije litijevih ionov v različnih delih baterije, debelina in kemična sestava filma SEI, in izbor litijevih soli in topil v elektrolitu. Zmogljivost pri nizkih temperaturah omejuje uporabo litij-ionskih baterij na področju električnih vozil, posebnih področjih in ekstremnih okoljih. Razvoj litij-ionskih baterij z odlično zmogljivostjo pri nizkih temperaturah je nujna potreba na trgu.
