Дълго време литиевите железни фосфатни батерии са обозначени като „чувствителни към студа“ поради недостатъците на ниските им температури - капацитетът им за изхвърляне е само 50% от стайна температура на -20 градуса, което затруднява посрещането на зимните електрически превозни средства и нуждите за съхранение на енергия в Северен Китай. Но новото поколение литиево-железни фосфатни батерии пренаписва това разбиране чрез модификация на материали и структурни иновации, което прави „студено устойчиво“ литиево желязо фосфат нов избор за сценарии с ниска температура.
1 Положителна модификация на материала на електрода: Отваряне на "Зеления канал" за йонна дифузия
Основният пробив се крие в допинг модификацията на положителните електродни материали. Чрез въвеждане на елементи като ниобий и ванадий в решетката на литиевия железен фосфат, дифузионните канали на литиевите йони могат да бъдат разширени. „Фосфатът с литиев желязо, легиран с ниобий“, разработен от определено предприятие, увеличи степента на задържане на капацитета на изхвърлянето до 75% на -30 градус, което е с 25 процентни пункта по -висок от обикновените продукти. В комбинация с дизайна на наноразмерните частици (размерът на частиците се намалява от 2 μm до 500nm), разстоянието на миграцията на литиевите йони се съкращава, а капацитетът на разряд 1C при -20 градус достига 80% от стайна температура, което е достатъчно за поддържане на електрически превозни средства с обхват над 200 километра през зимата.
Технологията на повърхностното покритие образува "защитен филм". Покриването на повърхността на литиевите железни фосфатни частици със слой от филм LiPov3 с дебелина около 5 nm, може да намали разлагането на електролит при ниски температури, без да възпрепятства литиево -йонната проводимост. Тестовете показват, че степента на задържане на капацитета на батерията, третирани с капсулация, достига 70% след 500 цикъла на -20 градус, което е с 20% по -високо от тази на нелекуваните клетки.
2 Електролитни иновации: „Йонната магистрала“ за понижаване на точките за замръзване
Оптимизацията на електролитната формула е също толкова решаваща. Вискозитетът на традиционните електролити се увеличава при ниски температури, което пречи на йонната проводимост. The new generation of "low freezing point electrolytes" uses a mixed solvent of dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate (ratio 3:7), combined with a new lithium salt LiFSI (lithium difluorosulfonylimide), to maintain a conductivity of 0.5mS/cm at -40℃, which is three times that of traditional electrolytes. След приемането на това решение, клетките на литиево -желязната батерия на фирмата за външно захранване могат да осигурят непрекъсната мощност на лаптопите в продължение на 6 часа в среда от -25 градуса, което е 3 часа по -дълга от преди.
Прецизното използване на добавки допълнително повишава производителността. Добавянето на 0,5% етилен карбонат (VC) може да стабилизира филма SEI и да намали разкъсането на мембраната при ниски температури; Добавянето на 1% флуориран винилов карбонат (FEC) може да подобри ниската температурна течност на електролита. Синергичният ефект на две добавки увеличава изпускащото плато на клетка на батерията с 0,2 V при -30 градус, което води до по -стабилна енергия на енергия.
3 Структурна иновация: „Дизайн с ниска температура“ за оптимизиране на текущия път
Дизайнът на градиентната плоча на електрода “представя градиентно разпределение на" висок проводимост с висок капацитет "отвътре от положителния електрод. Графенът се добавя към вътрешния слой за повишаване на електронната проводимост (5% съдържание), докато външният слой поддържа висок дял от активните материали (95%), балансирайки нискотемпературната проводимост и капацитет. Полярното ухо приема структура на „многополюсното ухо“, увеличавайки традиционните 2 полярни уши до 8, намалявайки текущия път на събиране, намалявайки омичния импеданс при ниски температури и подобрява ефективността на зареждане и изхвърляне с 15% на -20 градус.
Дизайнът на термично управление на корпуса на батерията е също толкова важен. Приемане на алуминиево-пластична филмова конструкция на мека опаковка, дебелината се намалява с 30% в сравнение със стоманената обвивка, което е по-благоприятно за външен пренос на топлина; Вътрешно оборудван с ушни перки, топлината се провежда от центъра на клетката до краищата, като се поддържа температурната разлика вътре в клетката в рамките на 5 градуса на -20 градус, за да се избегне разпад на капацитета, причинен от локални ниски температури.
В наши дни нискотемпературните литиево-железни фосфатни батерии са кацнали на много места: след като са инсталирани в електрически таксита в Североизточен Китай, зимният обхват е увеличен до 300 километра; Системата за съхранение на енергия на домакинствата във вътрешната Монголия използва тази батерия, която все още може да гарантира работата на отоплителното оборудване на -30 градуса; Дори в изследователските станции в Антарктида той служи като резервен източник на енергия, решавайки проблема с това, че традиционните батерии се провалят при ниски температури. Този пробив с ниска температура непрекъснато разширява границите на приложението на литиевия железен фосфат, образувайки по-балансиран конкурентен модел с троен литий в областта на съхранение на енергия и захранващи батерии.