L’utilisation de batteries lithium-ion est limitée dans les environnements à basse température, car leur capacité de décharge diminuera considérablement et elles ne pourront pas être chargées à basse température. Lors d'une charge à basse température, l'insertion d'ions lithium sur l'électrode en graphite de la batterie et la réaction de placage au lithium coexistent et entrent en compétition. Dans des conditions de basse température, la diffusion des ions lithium dans le graphite est inhibée et la conductivité de l'électrolyte diminue, entraînant une diminution du taux d'insertion. À la surface du graphite, la réaction de placage au lithium est plus susceptible de se produire.
Des recherches ont montré qu'une batterie d'une capacité de 3 500 mAh, si elle est utilisée dans un environnement de -10 degrés, après moins de 100 cycles de charge et de décharge, connaîtra une forte baisse de sa capacité jusqu'à 500 mAh et sera pratiquement mise au rebut. C'est-à-dire que dans un environnement de travail de -10 degré, si un véhicule électrique est chargé et déchargé une fois par jour, la batterie devra être mise au rebut et remplacée par une neuve au bout de trois mois.
Les raisons qui affectent les performances à basse température des batteries au lithium fer phosphate :
1. Structure de l'électrode positive
La structure tridimensionnelle du matériau de l'électrode positive limite le taux de diffusion des batteries au lithium fer phosphate, en particulier à basse température. Différents matériaux d'électrode positive ont des structures tridimensionnelles différentes. Actuellement, les matériaux d'électrode positive importants utilisés dans les batteries lithium-ion pour véhicules électriques sont le phosphate de fer lithium, les matériaux ternaires nickel-cobalt-manganèse et l'oxyde de lithium-manganèse. La capacité de décharge des batteries au lithium fer phosphate ne peut atteindre que 67,38 % de la capacité à température ambiante à -20 degrés, tandis que les batteries ternaires nickel-cobalt-manganèse peuvent atteindre 70,1 %.
2. Solvant à point de fusion élevé
En raison de la présence de solvants à point de fusion élevé dans le solvant mixte de l'électrolyte, la viscosité de l'électrolyte de la batterie lithium-ion augmente à basse température. Lorsque la température est trop basse, l’électrolyte se solidifie, entraînant une diminution du taux de transmission des ions lithium dans l’électrolyte.
3. Taux de diffusion des ions lithium
Le taux de diffusion des ions lithium dans les électrodes négatives en graphite diminue dans des conditions de basse température. L'augmentation de l'impédance de transfert de charge des batteries lithium-ion dans des environnements à basse température entraîne une diminution du taux de diffusion des ions lithium dans l'électrode négative en graphite, ce qui est une raison importante affectant les performances à basse température des batteries au lithium fer phosphate.
4. Membrane SEI
Dans les environnements à basse température, le film SEI sur l'électrode négative des batteries au lithium fer phosphate s'épaissit et l'impédance du film SEI augmente, entraînant une diminution du taux de conduction des ions lithium dans le film SEI. En fin de compte, la polarisation formée lors de la charge et de la décharge dans des environnements à basse température réduit l'efficacité de la charge et de la décharge.
5. Environnement de production
En tant que produit de haute technologie contenant de nombreuses matières premières chimiques et des processus complexes, les batteries au lithium fer phosphate ont des exigences élevées en matière de température, d'humidité, de poussière et d'autres facteurs dans leur environnement de production. Si elle n’est pas correctement contrôlée, la qualité de la batterie fluctue.
Résumé : Actuellement, plusieurs facteurs affectent les performances à basse température des batteries au lithium fer phosphate, tels que la structure de l'électrode positive, le taux de migration des ions lithium dans diverses parties de la batterie, l'épaisseur et la composition chimique du film SEI, et la sélection de sels de lithium et de solvants dans l'électrolyte. Les performances à basse température limitent l’application des batteries lithium-ion dans le domaine des véhicules électriques, des domaines spéciaux et des environnements extrêmes. Le développement de batteries lithium-ion offrant d’excellentes performances à basse température constitue une demande urgente sur le marché.
