리튬이온 배터리는 저온 환경에서는 방전 용량이 크게 감소하고 충전이 불가능하기 때문에 사용이 제한됩니다. 저온 충전 시 배터리 흑연 전극에 리튬 이온이 삽입되는 것과 리튬 도금 반응이 공존하며 서로 경쟁하게 된다. 저온 조건에서는 흑연 내 리튬이온의 확산이 저해되고, 전해질의 전도도가 저하되어 삽입률이 저하된다. 흑연 표면에서는 리튬 도금 반응이 일어나기 쉽습니다.
연구에 따르면 3500mAh 용량의 배터리를 -10도의 환경에서 작동하면 100회 미만의 충방전 주기 후에 배터리 용량이 500mAh로 급격히 감소하여 기본적으로 폐기되는 것으로 나타났습니다. 즉, -10 도의 작업 환경에서 전기차를 하루에 한 번 충전하고 방전하면 3개월 후에 배터리를 폐기하고 새 배터리로 교체해야 합니다.
인산철리튬 배터리의 저온 성능에 영향을 미치는 이유:
1. 양극 구조
양극 재료의 3차원 구조는 특히 저온에서 인산철리튬 배터리의 확산 속도를 제한합니다. 서로 다른 양극 재료는 서로 다른 3차원 구조를 가지고 있습니다. 현재 전기자동차용 리튬이온전지에 사용되는 중요한 양극 소재는 리튬인산철, 니켈코발트망간 삼원계 소재, 리튬망간산화물이다. 인산철리튬 배터리의 방전 용량은 -20도에서 실온 용량의 67.38%에 불과한 반면, 니켈 코발트 망간 삼원계 배터리는 70.1%에 도달할 수 있습니다.
2. 고융점 용매
전해질의 혼합용매에는 고융점 용매가 존재하기 때문에 저온에서 리튬이온 배터리 전해질의 점도가 증가합니다. 온도가 너무 낮으면 전해질이 응고되어 전해질 내 리튬이온의 전달 속도가 저하된다.
3. 리튬이온 확산율
흑연 음극의 리튬 이온 확산 속도는 저온 조건에서 감소합니다. 저온 환경에서 리튬 이온 배터리의 전하 전달 임피던스가 증가하면 흑연 음극에서 리튬 이온의 확산 속도가 감소하며 이는 인산철리튬 배터리의 저온 성능에 영향을 미치는 중요한 이유입니다.
4. SEI 멤브레인
저온 환경에서는 인산철리튬 전지 음극의 SEI 피막이 두꺼워지고 SEI 피막의 임피던스가 증가하여 SEI 피막 내 리튬 이온 전도율이 저하됩니다. 결국 저온 환경에서 충방전 시 형성되는 분극은 충방전 효율을 저하시킨다.
5. 생산환경
수많은 화학 원료와 복잡한 공정을 갖춘 첨단 기술 제품인 인산철리튬 배터리는 생산 환경에서 온도, 습도, 먼지 및 기타 요인에 대한 높은 요구 사항을 가지고 있습니다. 제대로 제어하지 않으면 배터리 품질이 변동됩니다.
요약: 현재 양극의 구조, 배터리 여러 부분의 리튬 이온 이동 속도, SEI 필름의 두께 및 화학적 조성과 같은 여러 요인이 인산철리튬 배터리의 저온 성능에 영향을 미칩니다. 그리고 전해질에서 리튬 염과 용매의 선택. 저온 성능으로 인해 전기 자동차, 특수 분야 및 극한 환경 분야에서 리튬 이온 배터리의 적용이 제한됩니다. 저온 성능이 뛰어난 리튬이온 배터리 개발은 시장에서 시급한 요구 사항이다.
