リチウムイオン電池は放電容量が著しく低下し、低温では充電できないため、低温環境での使用は制限されます。 低温充電中は、バッテリーの黒鉛電極へのリチウムイオンの挿入とリチウムめっき反応が共存し、互いに競合します。 低温条件下では、黒鉛中のリチウムイオンの拡散が阻害され、電解液の導電率が低下し、挿入率が低下します。 グラファイトの表面ではリチウムめっき反応が起こりやすくなります。
研究によると、容量 3500mAh のバッテリーは、-10 度の環境で使用すると、100 回未満の充放電サイクル後にバッテリー容量が 500mAh に急激に低下し、基本的に廃棄されることがわかっています。 つまり、-10 度の作業環境では、電気自動車を 1 日に 1 回充放電すると、3 か月後にバッテリーを廃棄して新しいバッテリーと交換する必要があります。
リン酸鉄リチウム電池の低温性能に影響を与える理由は次のとおりです。
1. 正極の構造
正極材料の三次元構造により、特に低温において、リン酸鉄リチウム電池の拡散速度が制限されます。 正極材料が異なれば、三次元構造も異なります。 現在、電気自動車用リチウムイオン電池に使用される重要な正極材料は、リン酸鉄リチウム、ニッケルコバルトマンガン三元材料、マンガン酸化リチウムです。 リン酸鉄リチウム電池の放電容量は、-20 度では室温容量の 67.38% にしか達しませんが、ニッケル・コバルト・マンガン三元電池は 70.1% に達します。
2. 高融点溶剤
リチウムイオン電池の電解液は、電解液の混合溶媒に高融点溶媒が含まれるため、低温では粘度が上昇します。 温度が低すぎると電解液の固化が起こり、電解液中のリチウムイオンの透過率が低下します。
3. リチウムイオンの拡散速度
黒鉛負極におけるリチウムイオンの拡散速度は、低温条件下では低下します。 低温環境におけるリチウムイオン電池の電荷移動インピーダンスの増加は、黒鉛負極内のリチウムイオンの拡散速度の低下につながり、これがリン酸鉄リチウム電池の低温性能に影響を与える重要な理由です。
4. SEI膜
リン酸鉄リチウム電池では、低温環境下では負極のSEI膜が厚くなり、SEI膜のインピーダンスが上昇し、SEI膜中のリチウムイオンの伝導率が低下します。 最終的に、低温環境での充電および放電中に形成される分極は、充電および放電の効率を低下させます。
5. 本番環境
リン酸鉄リチウム電池は、多数の化学原料と複雑なプロセスを使用したハイテク製品であり、製造環境における温度、湿度、塵埃、その他の要素に対して高い要件が求められます。 適切に管理されていない場合、バッテリーの品質が変動します。
要約: 現在、正極の構造、電池のさまざまな部分におけるリチウムイオンの移動速度、SEI フィルムの厚さと化学組成、そして電解質中のリチウム塩と溶媒の選択。 低温性能により、電気自動車、特殊分野、極限環境の分野でのリチウムイオン電池の用途が制限されます。 低温性能に優れたリチウムイオン電池の開発は市場で急務となっている。
