Litiumioniakkujen käyttö on rajoitettua matalissa lämpötiloissa, koska niiden purkautumiskyky heikkenee voimakkaasti eikä niitä voida ladata matalissa lämpötiloissa. Matalan lämpötilan latauksen aikana litiumionien asettaminen akun grafiittielektrodille ja litiumpinnoitusreaktio esiintyvät rinnakkain ja kilpailevat keskenään. Alhaisissa lämpötiloissa litiumionien diffuusio grafiitissa estyy ja elektrolyytin johtavuus heikkenee, mikä johtaa sisäänvientinopeuden laskuun. Grafiitin pinnalla litiumpinnoitusreaktio tapahtuu todennäköisemmin.
Tutkimukset ovat osoittaneet, että 3 500 mAh:n akun akun kapasiteetti laskee jyrkästi 500 mAh:iin, jos sitä käytetään -10 asteen ympäristössä alle 100 lataus- ja purkujakson jälkeen. Toisin sanoen -10 asteen työympäristössä, jos sähköajoneuvoa ladataan ja puretaan kerran päivässä, akku on romutettava ja vaihdettava uuteen kolmen kuukauden kuluttua.
Syitä, jotka vaikuttavat litiumrautafosfaattiakkujen suorituskykyyn alhaisissa lämpötiloissa:
1. Positiivinen elektrodirakenne
Positiivisen elektrodimateriaalin kolmiulotteinen rakenne rajoittaa litiumrautafosfaattiakkujen diffuusionopeutta erityisesti alhaisissa lämpötiloissa. Erilaisilla positiivisilla elektrodimateriaaleilla on erilaiset kolmiulotteiset rakenteet. Tällä hetkellä tärkeitä sähköajoneuvojen litiumioniakuissa käytettäviä positiivisia elektrodimateriaaleja ovat litiumrautafosfaatti, nikkelikoboltti-mangaani-kolmimateriaalit ja litiummangaanioksidi. Litiumrautafosfaattiakkujen purkauskapasiteetti voi saavuttaa vain 67,38 % huoneenlämpöisestä kapasiteetista -20 asteessa, kun taas nikkelikoboltti-mangaani-kolmiosakkujen purkauskapasiteetti voi olla 70,1 %.
2. Korkean sulamispisteen liuotin
Koska elektrolyytin liuottimessa on korkean sulamispisteen liuottimia, litiumioniakkuelektrolyytin viskositeetti kasvaa matalissa lämpötiloissa. Kun lämpötila on liian alhainen, elektrolyytit jähmettyvät, mikä johtaa litiumionien siirtonopeuden laskuun elektrolyytissä.
3. Litiumionidiffuusionopeus
Litiumionien diffuusionopeus grafiittinegatiivisissa elektrodeissa laskee matalissa lämpötiloissa. Litium-ioni-akkujen varauksensiirtoimpedanssin kasvu matalissa lämpötiloissa johtaa litiumionien diffuusionopeuden laskuun negatiivisessa grafiittielektrodissa, mikä on tärkeä syy, joka vaikuttaa litiumrautafosfaattiakkujen suorituskykyyn matalassa lämpötilassa.
4. SEI-kalvo
Matalissa lämpötiloissa litiumrautafosfaattiakkujen negatiivisen elektrodin SEI-kalvo paksuuntuu ja SEI-kalvon impedanssi kasvaa, mikä johtaa litiumionien johtavuusnopeuden laskuun SEI-kalvossa. Viime kädessä latauksen ja purkamisen aikana muodostuva polarisaatio matalassa lämpötilassa vähentää latauksen ja purkamisen tehokkuutta.
5. Tuotantoympäristö
Koska litiumrautafosfaattiakut ovat korkean teknologian tuote, jossa on lukuisia kemiallisia raaka-aineita ja monimutkaisia prosesseja, niillä on korkeat vaatimukset lämpötilalle, kosteudelle, pölylle ja muille tuotantoympäristön tekijöille. Jos sitä ei valvota kunnolla, akun laatu vaihtelee.
Yhteenveto: Tällä hetkellä litiumrautafosfaattiakkujen suorituskykyyn alhaisissa lämpötiloissa vaikuttavat useat tekijät, kuten positiivisen elektrodin rakenne, litiumionien kulkeutumisnopeus akun eri osissa, SEI-kalvon paksuus ja kemiallinen koostumus, ja litiumsuolojen ja liuottimien valinta elektrolyytissä. Alhaisen lämpötilan suorituskyky rajoittaa litiumioniakkujen käyttöä sähköajoneuvoissa, erikoisaloilla ja äärimmäisissä ympäristöissä. Erinomaisten alhaisissa lämpötiloissa toimivien litiumioniakkujen kehittäminen on kiireellinen kysyntä markkinoilla.
