Upotreba litijum-jonskih baterija je ograničena u okruženjima sa niskim temperaturama, jer će njihov kapacitet pražnjenja značajno opasti i ne mogu se puniti na niskim temperaturama. Tokom punjenja pri niskim temperaturama, umetanje litijum jona na grafitnu elektrodu baterije i reakcija litijumskog prevlačenja koegzistiraju i nadmeću se jedno s drugim. U uslovima niske temperature, difuzija litijum jona u grafitu je inhibirana, a provodljivost elektrolita se smanjuje, što dovodi do smanjenja brzine ubacivanja. Na površini grafita, veća je vjerovatnoća da će doći do reakcije prevlačenja litijuma.
Istraživanja su pokazala da će baterija kapaciteta 3500 mAh, ako radi u okruženju od -10 stepena, nakon manje od 100 ciklusa punjenja i pražnjenja, doživjeti nagli pad kapaciteta baterije na 500 mAh, te će se u osnovi rashodovati. Odnosno, u radnom okruženju od -10 stepena, ako se električno vozilo puni i prazni jednom dnevno, baterija će se nakon tri mjeseca morati ukloniti i zamijeniti novom.
Razlozi koji utječu na niskotemperaturne performanse litijum željezo-fosfatnih baterija:
1. Struktura pozitivne elektrode
Trodimenzionalna struktura materijala pozitivne elektrode ograničava brzinu difuzije litijum-željezno-fosfatnih baterija, posebno na niskim temperaturama. Različiti materijali pozitivnih elektroda imaju različite trodimenzionalne strukture. Trenutno, važni materijali pozitivnih elektroda koji se koriste u litijum-jonskim baterijama za električna vozila su litijum gvožđe fosfat, nikl kobalt mangan ternarni materijali i litijum mangan oksid. Kapacitet pražnjenja litijum gvožđe fosfatnih baterija može da dostigne samo 67,38% kapaciteta sobne temperature na -20 stepeni, dok nikl kobalt mangan ternarne baterije mogu dostići 70,1%.
2. Rastvarač visoke tačke topljenja
Zbog prisustva rastvarača visoke tačke topljenja u miješanom otapalu elektrolita, viskoznost elektrolita litijum-jonske baterije se povećava na niskim temperaturama. Kada je temperatura preniska, dolazi do skrućivanja elektrolita, što dovodi do smanjenja brzine prijenosa litijum jona u elektrolitu.
3. Brzina difuzije litijum jona
Brzina difuzije litijum jona u grafitnim negativnim elektrodama opada u uslovima niske temperature. Povećanje impedanse prijenosa naboja litijum-jonskih baterija u okruženjima s niskim temperaturama dovodi do smanjenja brzine difuzije litijum-jona u grafitnoj negativnoj elektrodi, što je važan razlog koji utiče na niskotemperaturne performanse litijum-željezo-fosfatnih baterija.
4. SEI membrana
U okruženjima s niskim temperaturama, SEI film na negativnoj elektrodi litij-željezo-fosfatnih baterija se zgušnjava, a impedancija SEI filma se povećava, što dovodi do smanjenja brzine provodljivosti litij-iona u SEI filmu. Konačno, polarizacija nastala tokom punjenja i pražnjenja u okruženjima s niskim temperaturama smanjuje efikasnost punjenja i pražnjenja.
5. Proizvodno okruženje
Kao proizvod visoke tehnologije sa brojnim hemijskim sirovinama i složenim procesima, litijum-gvozdeno-fosfatne baterije imaju visoke zahteve za temperaturu, vlažnost, prašinu i druge faktore u svom proizvodnom okruženju. Ako se ne kontrolira pravilno, kvaliteta baterije će varirati.
Sažetak: Trenutno više faktora utječe na performanse litijum-željezo-fosfatnih baterija pri niskim temperaturama, kao što su struktura pozitivne elektrode, brzina migracije litijum-jona u različitim dijelovima baterije, debljina i hemijski sastav SEI filma, i odabir soli litijuma i rastvarača u elektrolitu. Performanse na niskim temperaturama ograničavaju primenu litijum-jonskih baterija u oblasti električnih vozila, specijalnih polja i ekstremnih okruženja. Razvoj litijum-jonskih baterija sa odličnim performansama na niskim temperaturama je hitna potražnja na tržištu.
