Por um longo tempo, as baterias de fosfato de ferro de lítio foram rotuladas como "sensíveis ao frio" devido às suas deficiências de baixa temperatura de desempenho - sua capacidade de descarga é de apenas 50% da temperatura ambiente a -20 graus, dificultando o atendimento às necessidades de veículos elétricos de inverno e energia ao ar livre no norte da China. Mas a nova geração de baterias de fosfato de ferro de lítio está reescrevendo esse entendimento através da modificação do material e da inovação estrutural, tornando o fosfato de ferro "resistente ao frio" uma nova opção para cenários de baixa temperatura.
1 Modificação positiva do eletrodo: abrindo o "canal verde" para difusão de íons
A inovação do núcleo está na modificação do doping de materiais positivos de eletrodo. Ao introduzir elementos como nióbio e vanádio na treliça do fosfato de ferro de lítio, os canais de difusão dos íons de lítio podem ser expandidos. O "fosfato de ferro de lítio dopado com nióbio" desenvolvido por uma determinada empresa aumentou a taxa de retenção da capacidade de descarga para 75% em -30 graus, o que é 25 pontos percentuais mais altos que os produtos comuns. Combinado com o projeto de partículas em nanoescala (o tamanho das partículas reduzido de 2 μm para 500 nm), a distância de migração dos íons de lítio é reduzida e a capacidade de descarga de 1C em -20 graus atinge 80% da temperatura ambiente, o que é suficiente para apoiar veículos elétricos com uma faixa de mais de 200 quilômetros no inverno.
A tecnologia de revestimento de superfície forma um "filme de proteção". O revestimento da superfície das partículas de fosfato de ferro de lítio com uma camada de filme Lipov3, com uma espessura de cerca de 5Nm, pode reduzir a decomposição do eletrólito a baixas temperaturas sem impedir a condução de íons de lítio. Os testes mostraram que a taxa de retenção de capacidade das células da bateria tratada com encapsulamento atinge 70% após 500 ciclos em -20 graus, 20% maiores que os de células não tratadas.
2 Inovação em eletrólitos: a 'rodovia íon' para reduzir os pontos de congelamento
A otimização da fórmula de eletrólitos é igualmente crucial. A viscosidade dos eletrólitos tradicionais aumenta em baixas temperaturas, o que dificulta a condução de íons. 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. Depois de adotar esta solução, as células da bateria de fosfato de ferro de lítio de uma determinada fonte de alimentação externa ainda podem fornecer energia contínua aos laptops por 6 horas em um ambiente de -25 graus, que é 3 horas a mais do que antes.
O uso preciso de aditivos aumenta ainda mais o desempenho. A adição de carbonato de etileno a 0,5% (VC) pode estabilizar o filme SEI e reduzir a ruptura da membrana a baixas temperaturas; A adição de 1% de carbonato de vinil fluorizado (FEC) pode melhorar a fluidez de baixa temperatura do eletrólito. O efeito sinérgico de dois aditivos aumenta o platô de descarga da célula da bateria em 0,2V em -30 graus, resultando em maior saída de energia.
3 Inovação estrutural: "Projeto de baixa temperatura" para otimizar o caminho atual
O projeto "Placa do eletrodo de gradiente" apresenta uma distribuição de gradiente de "alta capacidade de alta condutividade" de dentro do material de eletrodo positivo. O grafeno é adicionado à camada interna para melhorar a condutividade eletrônica (5% de conteúdo), enquanto a camada externa mantém uma alta proporção de materiais ativos (95%), equilibrando a condutividade e a capacidade de baixa temperatura. A orelha polar adota uma estrutura de "orelha multipolar", aumentando as 2 orelhas polares tradicionais para 8, reduzindo o caminho da coleta atual, diminuindo a impedância ôhmica em baixas temperaturas e melhorando a eficiência de carregamento e descarga em 15% em -20 graus.
O projeto de gerenciamento térmico do revestimento da célula da bateria é igualmente importante. Adotando estrutura de embalagem macia de filme plástica de alumínio, a espessura é reduzida em 30% em comparação com a concha de aço, o que é mais propício à transferência de calor externa; Equipado internamente com barbatanas de ouvido, o calor é realizado do centro da célula até as bordas, mantendo a diferença de temperatura dentro da célula em 5 graus a -20 graus para evitar a decaimento da capacidade causada por baixas temperaturas locais.
Atualmente, as baterias de fosfato de ferro de baixa temperatura de baixa temperatura desembarcaram em muitos lugares: depois de serem instalados em táxis elétricos no nordeste da China, a faixa de inverno foi aumentada para 300 quilômetros; O sistema de armazenamento de energia doméstico na Mongólia interna usa esta célula da bateria, que ainda pode garantir a operação de equipamentos de aquecimento em -30 graus; Mesmo nas estações de pesquisa da Antártica, serve como fonte de energia de backup, resolvendo o problema das baterias tradicionais que falham em baixas temperaturas. Esse avanço de baixa temperatura expandiu continuamente os limites da aplicação do fosfato de ferro de lítio, formando um padrão competitivo mais equilibrado com lítio ternário nos campos de armazenamento de energia e baterias de energia.