Durant molt de temps, les bateries de fosfat de ferro de liti s’han etiquetat com a “sensibles al fred” a causa de les seves mancances de rendiment de baixa temperatura: la seva capacitat de descàrrega és només el 50% de la temperatura ambient a -20 graus, cosa que dificulta satisfer les necessitats d’emmagatzematge de vehicles elèctrics d’hivern i energia a l’aire lliure al nord de la Xina. Però la nova generació de bateries de fosfat de ferro de liti està reescrivint aquesta comprensió mitjançant la modificació del material i la innovació estructural, cosa que fa que el fosfat de ferro de liti "resistent al fred" sigui una nova opció per a escenaris de baixa temperatura.
1 Modificació de material d’elèctrodes positius: obertura del “canal verd” per a la difusió d’ions
L’avanç bàsic rau en la modificació de dopatge de materials d’elèctrodes positius. Introduint elements com el niobi i el vanadi en la gelosia del fosfat de ferro de liti, es poden ampliar els canals de difusió dels ions de liti. El "fosfat de ferro de liti dopat amb niobi" desenvolupat per una determinada empresa ha augmentat la taxa de retenció de la capacitat de descàrrega fins al 75% a -30 graus, que és de 25 punts percentuals superiors als productes ordinaris. Combinat amb el disseny de partícules nanoescala (mida de partícules reduïda de 2 μ m a 500nm), s’escurça la distància de migració dels ions de liti i la capacitat de descàrrega d’1C a -20 graus arriba al 80% de la temperatura ambient, cosa que és suficient per suportar vehicles elèctrics amb un rang de més de 200 quilòmetres a l’hivern.
La tecnologia de recobriment superficial forma una "pel·lícula protectora". Recobrir la superfície de les partícules de fosfat de ferro de liti amb una capa de pel·lícula Lipov3, amb un gruix d’uns 5nm, pot reduir la descomposició de l’electròlit a temperatures baixes sense dificultar la conducció d’ions de liti. Les proves han demostrat que la taxa de retenció de la capacitat de les cèl·lules de la bateria tractades amb encapsulació arriba al 70% després de 500 cicles a -20 graus, que és un 20% superior a la de les cèl·lules no tractades.
2 Innovació d’electròlits: la “carretera iònica” per disminuir els punts de congelació
L’optimització de la fórmula d’electròlits és igualment crucial. La viscositat dels electròlits tradicionals augmenta a baixes temperatures, cosa que dificulta la conducció iònica. La nova generació d’electròlits de “punt de congelació baixa” utilitza un dissolvent mixt de dimetil carbonat i carbonat d’etil metil (proporció 3: 7), combinat amb un nou salt de liti LIFSI (difluorosulfonida de liti), per mantenir una conductivitat de 0,5ms/cm a -40 graus, que és tres vegades que és tradicional d’electròlits. Després d’adoptar aquesta solució, les cèl·lules de la bateria de ferro de ferro de liti de liti de liti de la companyia de ferro de liti encara poden proporcionar energia contínua als ordinadors portàtils durant 6 hores en un entorn de -25 graus, que és 3 hores més que abans.
L’ús precís dels additius millora encara més el rendiment. Si afegeix un 0,5% de carbonat d’etilè (VC), pot estabilitzar la pel·lícula SEI i reduir la ruptura de la membrana a baixes temperatures; Si afegeix un 1% de carbonat de vinil fluorat (FEC) pot millorar la fluïdesa a baixa temperatura de l’electròlit. L’efecte sinèrgic de dos additius augmenta l’altiplà de descàrrega de la cèl·lula de la bateria per 0,2V a -30 grau, donant lloc a una producció d’energia més estable.
3 Innovació estructural: "Disseny de baixa temperatura" per optimitzar el camí actual
El disseny de "placa d'elèctrodes de gradient" presenta una distribució de gradient de "alta conductivitat alta capacitat" des de l'interior del material d'elèctrode positiu. El grafè s’afegeix a la capa interior per millorar la conductivitat electrònica (5% de contingut), mentre que la capa exterior manté una proporció elevada de materials actius (95%), equilibrant la conductivitat i la capacitat de baixa temperatura. L’oïda polar adopta una estructura de “oïda multipol”, augmentant les 2 orelles polars tradicionals a 8, reduint la via de recollida actual, disminuint la impedància ohmica a temperatures baixes i millorant la càrrega i la descàrrega d’eficiència en un 15% a -20 graus.
El disseny de gestió tèrmica de la carcassa de les cèl·lules de la bateria és igualment important. Adopció de l'estructura d'embalatge suau de pel·lícula d'alumini-plàstic, el gruix es redueix en un 30% en comparació amb la closca d'acer, cosa que és més propici per a la transferència de calor externa; Equipat internament amb aletes de les orelles, la calor es realitza des del centre de la cèl·lula fins a les vores, mantenint la diferència de temperatura dins de la cèl·lula dins de 5 graus a -20 graus per evitar la càries de la capacitat causada per temperatures locals baixes.
Avui en dia, les bateries de fosfat de ferro de liti a baixa temperatura han aterrat en molts llocs: després d’haver estat instal·lades en taxis elèctrics al nord-est de la Xina, la gamma d’hivern s’ha augmentat fins a 300 quilòmetres; El sistema d’emmagatzematge d’energia domèstica a Mongòlia interior utilitza aquesta cèl·lula de bateries, que encara pot assegurar el funcionament dels equips de calefacció a -30 graus; Fins i tot a les estacions de recerca de l'Antàrtida, serveix com a font d'energia de còpia de seguretat, resolent el problema de les bateries tradicionals que no tenen temperatures baixes. Aquest avenç a baixa temperatura ha ampliat contínuament els límits de l’aplicació del fosfat de ferro de liti, formant un patró competitiu més equilibrat amb liti ternari en els camps d’emmagatzematge d’energia i bateries d’energia.