Po dlouhou dobu byly baterie lithium železa fosfáty označeny jako „citlivé na studené“ kvůli jejich nedostatkům v nízké teplotě - jejich výbojová kapacita je pouze 50% teploty místnosti za -20 stupňů, což ztěžuje uspokojení zimního elektrického vozidla a potřeby skladování venkovní energie v severní Číně. Nová generace baterií lithium železa však přepisuje toto porozumění prostřednictvím modifikace materiálu a strukturální inovace, což činí „odolný vůči chladu“ lithiovým železem fosfát novou volbou pro scénáře s nízkou teplotou.
1 Pozitivní modifikace materiálu elektrody: Otevření „zeleného kanálu“ pro difúzi iontů
Průlom jádra spočívá v dopingové modifikaci pozitivních elektrodových materiálů. Zavedením prvků, jako je niobium a vanadium do mřížky lithiového železa fosfátu, lze difúzní kanály lithiových iontů rozšířit. „Niobium dopovaný lithium železný fosfát“ vyvinutý určitým podnikem zvýšil míru zadržování výboje na 75% při -30 stupňů, což je o 25 procentních bodů vyšší než běžné produkty. V kombinaci s konstrukcí částic nanočástic (velikost částic se zmenšila z 2 μm na 500 nm), migrační vzdálenost lithiových iontů se zkrátí a 1C výbojová kapacita při -20 stupňů dosahuje 80% pokojové teploty, což je dostatečné pro podporu elektrických vozidel s dosahu více než 200 kilometrů v zimě.
Technologie povrchového povlaku tvoří „ochranný film“. Potahování povrchu částic lithia železa fosfátem vrstvou filmu Lipov3 s tloušťkou asi 5nm může snížit rozklad elektrolytu při nízkých teplotách, aniž by bránil vedení lithium. Testy ukázaly, že míra zadržování kapacity bateriových buněk ošetřených zapouzdřením dosahuje 70% po 500 cyklech při -20 stupňů, což je o 20% vyšší než u neléčených buněk.
2 Innovace elektrolytů: „Ionská dálnice“ pro snížení bodů mrazu
Optimalizace vzorce elektrolytů je stejně zásadní. Viskozita tradičních elektrolytů se zvyšuje při nízkých teplotách, což brání vedení iontů. Nová generace elektrolytů „s nízkým bodem zmrazení“ používá smíšené rozpouštědlo dimethyl uhličitanu a ethylmethyl uhličitanu (poměr 3: 7), kombinované s novým lithiovým solí (lithium difluorosulfonylidem), k udržení vodivosti 0,5 ms/cm při -40 stupně, což je třikrát tradiční elektrolyty. Po přijetí tohoto řešení může bateriové buňky lithium lithium iron, které je v outdoorovém napájecím zdroji napáječ, stále poskytnout notebooky v prostředí -25 stupňů, což je o 3 hodiny déle než dříve.
Přesné použití aditiv dále zvyšuje výkon. Přidání 0,5% ethylen uhličitanu (VC) může stabilizovat film SEI a snížit prasknutí membrány při nízkých teplotách; Přidání 1% fluorovaného vinylového uhličitanu (FEC) může zlepšit tekutost elektrolytu s nízkou teplotou. Synergický účinek dvou aditiv zvyšuje výbojovou plošinu baterie buňky o 0,2 V při -30 stupňů, což má za následek stabilnější energetický výkon.
3 Strukturální inovace: „Návrh nízké teploty“ pro optimalizaci proudové cesty
Konstrukce „Gradient Electrode Plate“ představuje gradientní rozdělení „vysoké vodivosti vysoké kapacity“ zevnitř z pozitivního elektrodového materiálu. Grafen je přidán do vnitřní vrstvy, aby se zvýšila elektronická vodivost (obsah 5%), zatímco vnější vrstva udržuje vysoký podíl aktivních materiálů (95%), vyvážení vodivosti a kapacity s nízkou teplotou. Polární ucho přijímá strukturu „multipole ear“, zvyšuje tradiční 2 polární uši na 8, snižuje proudovou sběrnou cestu, snižuje ohmickou impedanci při nízkých teplotách a zlepšuje účinnost nabíjení a vypouštění o 15% při -20 stupňů.
Stejně důležitá je konstrukce tepelného řízení pláště baterie. Tloušťka přijetí měkkého balení hliníku plastického filmu je snížena o 30% ve srovnání s ocelovou skořápkou, což více přispívá k vnějšímu přenosu tepla; Interně vybavené ušními ploutvemi, teplo se provádí ze středu buňky k okrajům, což udržuje teplotní rozdíl uvnitř buňky do 5 stupňů při -20 stupňů, aby se zabránilo rozpadu kapacity způsobené lokálními nízkými teplotami.
V dnešní době přistály na mnoha místech nízkoteplotní baterie lithium železa: po instalaci v elektrických taxi v severovýchodní Číně se zimní rozsah zvýšil na 300 kilometrů; Systém skladování energie domácnosti ve vnitřním Mongolsku používá tuto bateriovou buňku, která může stále zajistit provoz topného zařízení za -30 stupňů; Dokonce i na antarktických výzkumných stanicích slouží jako záložní zdroj energie a řešení problému tradičních baterií selhává při nízkých teplotách. Tento nízkoteplotní průlom neustále rozšířil hranice aplikací lithium železa fosfátu a vytvořil vyváženější konkurenční vzor s ternárním lithiem v polích skladování energie a napájecí baterie.