برای مدت طولانی ، باتری های فسفات آهن لیتیوم به دلیل کاستی های عملکرد دمای پایین به عنوان "حساس به سرما" شناخته شده اند - ظرفیت تخلیه آنها تنها 50 ٪ از دمای اتاق با درجه -20 درجه است و برآورده کردن وسیله نقلیه الکتریکی زمستانی و نیازهای ذخیره انرژی در فضای باز در شمال چین دشوار است. اما نسل جدید باتری های فسفات آهن لیتیوم در حال بازنویسی این درک از طریق اصلاح مواد و نوآوری ساختاری است و باعث می شود فسفات آهن لیتیوم "مقاوم در برابر سرما" انتخاب جدیدی برای سناریوهای درجه حرارت پایین باشد.
1 اصلاح مواد الکترود مثبت: باز کردن "کانال سبز" برای انتشار یون
دستیابی به موفقیت اصلی در اصلاح دوپینگ مواد الکترود مثبت است. با معرفی عناصری مانند نیوبیوم و وانادیوم به شبکه فسفات آهن لیتیوم ، کانال های انتشار یون های لیتیوم قابل گسترش هستند. "فسفات آهن لیتیوم دوپ شده نیوبیوم" که توسط یک شرکت خاص ایجاد شده است ، میزان احتباس ظرفیت تخلیه را به 75 ٪ در -30 درجه افزایش داده است که 25 درصد بالاتر از محصولات معمولی است. همراه با طراحی ذرات نانو (اندازه ذرات از 2 میکرومتر به 500 نانومتر کاهش می یابد) ، فاصله مهاجرت یون های لیتیوم کوتاه می شود و ظرفیت تخلیه 1C در -20 درجه به 80 ٪ دمای اتاق می رسد که برای پشتیبانی از وسایل نقلیه الکتریکی با طیف وسیعی از 200 کیلومتری زمستان کافی است.
فناوری پوشش سطح "فیلم محافظ" را تشکیل می دهد. پوشش سطح ذرات فسفات آهن لیتیوم با لایه ای از فیلم LipoV3 ، با ضخامت حدود 5 نانومتر ، می تواند تجزیه الکترولیت را در دماهای پایین کاهش دهد بدون اینکه مانع هدایت یون لیتیوم شود. آزمایشات نشان داده است که میزان احتباس ظرفیت سلولهای باتری تحت درمان با کپسوله سازی پس از 500 چرخه با درجه -20 درجه به 70 ٪ می رسد که 20 ٪ بیشتر از سلولهای درمان نشده است.
2 نوآوری الکترولیت: "بزرگراه یونی" برای کاهش نقاط انجماد
بهینه سازی فرمول الکترولیت به همان اندازه بسیار مهم است. ویسکوزیته الکترولیتهای سنتی در دماهای پایین افزایش می یابد ، که مانع هدایت یون می شود. نسل جدید "الکترولیت های نقطه انجماد کم" از یک حلال مخلوط کربنات دی متیل و اتیل متیل کربنات (نسبت 3: 7) استفاده می کند ، همراه با یک نمک جدید لیتیوم Lifsi (لیتیوم difluorosulfonylimide) ، برای حفظ رسانایی 0.5ms/cm در -40 درجه ، که سه بار از الکترولیت های سنتی است. پس از اتخاذ این راه حل ، سلولهای باتری فسفات لیتیوم آهن لیتیوم خاص یک شرکت منبع تغذیه در فضای باز هنوز هم می توانند به مدت 6 ساعت در محیط -25 درجه ، به مدت 6 ساعت به لپ تاپ ها تأمین کنند که 3 ساعت بیشتر از گذشته است.
استفاده دقیق از مواد افزودنی باعث افزایش عملکرد می شود. افزودن 0.5 ٪ کربنات اتیلن (VC) می تواند فیلم SEI را تثبیت کرده و پارگی غشای را در دماهای پایین کاهش دهد. اضافه کردن 1 ٪ وینیل کربنات فلور شده (FEC) می تواند سیالیت درجه حرارت پایین الکترولیت را بهبود بخشد. اثر هم افزایی دو ماده افزودنی باعث افزایش فلات تخلیه سلول باتری با 0.2 ولت در -30 درجه می شود و در نتیجه باعث تولید انرژی پایدار می شود.
3 نوآوری ساختاری: "طراحی دمای پایین" برای بهینه سازی مسیر فعلی
طراحی "صفحه الکترود شیب" توزیع شیب "ظرفیت بالا هدایت بالا" را از داخل خارج از ماده الکترود مثبت ارائه می دهد. گرافن برای تقویت هدایت الکترونیکی (5 ٪ محتوای) به لایه داخلی اضافه می شود ، در حالی که لایه بیرونی بخش بالایی از مواد فعال (95 ٪) را حفظ می کند و باعث افزایش هدایت و ظرفیت با دمای پایین می شود. گوش قطبی یک ساختار "گوش چند گانه" را اتخاذ می کند ، 2 گوش قطبی سنتی را به 8 افزایش می دهد ، مسیر جمع آوری فعلی را کاهش می دهد ، امپدانس اهمی را در دماهای پایین کاهش می دهد و بازده شارژ و تخلیه را 15 ٪ در -20 درجه بهبود می بخشد.
طراحی مدیریت حرارتی پوشش سلول باتری به همان اندازه مهم است. با استفاده از ساختار بسته بندی نرم فیلم آلومینیومی پلاستیک ، ضخامت در مقایسه با پوسته فولادی 30 ٪ کاهش می یابد ، که این امر برای انتقال حرارت خارجی نیز بیشتر است. در داخل مجهز به باله های گوش ، گرما از مرکز سلول به لبه ها انجام می شود و اختلاف دما را در داخل سلول در 5 درجه در -20 درجه نگه می دارد تا از پوسیدگی ظرفیت ناشی از دمای پایین محلی جلوگیری شود.
امروزه ، باتری های فسفات آهن لیتیوم با درجه حرارت پایین در بسیاری از مکان ها به زمین نشستند: پس از نصب در تاکسی های برقی در شمال شرقی چین ، محدوده زمستان به 300 کیلومتر افزایش یافته است. سیستم ذخیره انرژی خانگی در مغولستان داخلی از این سلول باتری استفاده می کند ، که هنوز هم می تواند عملکرد تجهیزات گرمایش را با درجه -30 درجه اطمینان دهد. حتی در ایستگاه های تحقیقاتی قطب جنوب ، به عنوان منبع تغذیه پشتیبان عمل می کند و مشکل باتری های سنتی را که در دماهای پایین شکست می خورند ، حل می کند. این پیشرفت با دمای پایین به طور مداوم مرزهای کاربردی فسفات آهن لیتیوم را گسترش داده و یک الگوی رقابتی متعادل تر با لیتیوم سه قلو در زمینه های ذخیره انرژی و باتری های برق تشکیل می دهد.