במשך זמן רב, סוללות ליתיום ברזל פוספט תויגו כ"רגישות לקור "בגלל חסרונות ביצועי הטמפרטורה הנמוכים שלהן - יכולת הפריקה שלהן היא רק 50% מטמפרטורת החדר בעלות מעלות, מה שמקשה על עמידה ברכב החשמלי החורפי וצרכי האחסון באנרגיה חיצונית בצפון סין. אולם הדור החדש של סוללות ליתיום ברזל פוספט משכתב את ההבנה הזו באמצעות שינוי חומרי וחדשנות מבנית, מה שהופך את הפוספט ליתיום ברזל "עמיד בפני קר" לבחירה חדשה לתרחישים בטמפרטורה נמוכה.
1 שינוי חומר אלקטרודה חיובי: פתיחת "הערוץ הירוק" לפיזור יונים
פריצת הליבה נעוצה בשינוי הסמים של חומרי אלקטרודה חיוביים. על ידי הצגת אלמנטים כמו ניוביום וונדיום לסריג של פוספט ברזל ליתיום, ניתן להרחיב את תעלות הדיפוזיה של יוני ליתיום. "ניוביום מסומם ליתיום ברזל פוספט" שפותח על ידי מיזם מסוים הגדיל את שיעור השמירה על יכולת הפריקה ל 75% במהירות של -30 מעלות, שהוא 25 נקודות אחוז גבוה יותר מהמוצרים הרגילים. בשילוב עם תכנון חלקיקים ננומטריים (גודל החלקיקים מופחת מ- 2 מיקרומטר ל -500 ננומטר), מרחק ההגירה של יוני ליתיום מתקצר, ויכולת הפריקה של 1C מעלה מגיעה ל 80% מטמפרטורת החדר, וזה מספיק כדי לתמוך בכלי רכב חשמליים עם טווח של יותר מ -200 ק"מ בחורף.
טכנולוגיית ציפוי פני השטח מהווה "סרט מגן". ציפוי פני השטח של חלקיקי ליתיום ברזל פוספט עם שכבה של סרט LiPov3, בעובי של כ -5 ננומטר, יכול להפחית את הפירוק של האלקטרוליט בטמפרטורות נמוכות מבלי להפריע להולכת ליתיום יון. בדיקות הראו כי קצב שמירת הקיבולת של תאי הסוללה שטופלו באקפסולציה מגיע ל -70% לאחר 500 מחזורים בעלות מעלות, שהוא 20% גבוה יותר מזה של תאים לא מטופלים.
2 חדשנות אלקטרוליטים: 'כביש יון' להפחתת נקודות הקפאה
אופטימיזציה של נוסחת האלקטרוליטים היא קריטית לא פחות. הצמיגות של האלקטרוליטים המסורתיים עולה בטמפרטורות נמוכות, מה שמעכב את הולכת היונים. הדור החדש של "אלקטרוליטים של נקודת הקפאה נמוכה" משתמש בממיס מעורב של דימתיל פחמתי ואתיל מתיל קרבונט (יחס 3: 7), בשילוב עם ליטיום מלחי ליטיום חדש (Lithium difluorosulfonylimide), לשמירה על מוליכות של 0.5ms/ס"מ/40 מעלות, וזה שלוש פעמים. לאחר אימוץ פיתרון זה, תאי סוללות ליתיום ברזל פוספט של חברת חשמל חיצונית מסוימת יכולה עדיין לספק כוח רציף למחשבים ניידים למשך 6 שעות בסביבה של -25 מעלות, שאורכה 3 שעות מבעבר.
השימוש המדויק בתוספים משפר עוד יותר את הביצועים. הוספת 0.5% אתילן פחמתי (VC) יכולה לייצב את סרט ה- SEI ולהפחית את קרע הממברנה בטמפרטורות נמוכות; הוספת 1% ויניל קרבונט פלואורי (FEC) יכולה לשפר את נזילות הטמפרטורה הנמוכה של האלקטרוליט. ההשפעה הסינרגיסטית של שני תוספים מגדילה את מישור הפריקה של תא הסוללה ב- 0.2 וולט על -30 מעלות, וכתוצאה מכך תפוקת אנרגיה יציבה יותר.
3 חדשנות מבנית: "תכנון טמפרטורה נמוכה" למיטוב הנתיב הנוכחי
תכנון "צלחת האלקטרודה שיפוע" מציג חלוקת שיפוע של "מוליכות גבוהה קיבולת גבוהה" מבפנים החוצה מחומר האלקטרודה החיובי. גרפן מתווסף לשכבה הפנימית כדי לשפר את המוליכות האלקטרונית (5% תוכן), ואילו השכבה החיצונית שומרת על חלק גבוה של חומרים פעילים (95%), ומאזן בין מוליכות ויכולת טמפרטורה נמוכה. האוזן הקוטבית מאמצת מבנה "אוזן מרובה -פול", מגדילה את 2 האוזניים הקוטביות המסורתיות ל -8, מצמצמת את מסלול האיסוף הנוכחי, מורידה את עכבת האוהם בטמפרטורות נמוכות, ומשפרת את יעילות הטעינה והפרקה ב -15% על 20 מעלות.
תכנון הניהול התרמי של מארז תאי הסוללה חשוב לא פחות. אימוץ מבנה האריזה הרכה של אלומיניום-פלסטיקה, העובי מופחת ב -30% בהשוואה למעטפת פלדה, שתורמת יותר להעברת חום חיצונית; חום מאובזר באופן פנימי בסנפירי אוזניים, נערך ממרכז התא לקצוות, ושומר על הפרש הטמפרטורה בתוך התא תוך 5 מעלות תוך 20 מעלות כדי להימנע מתפרקות קיבולת הנגרמת כתוצאה מטמפרטורות נמוכות מקומיות.
בימינו, סוללות ליתיום ברזל פוספט בטמפרטורה נמוכה נחתו במקומות רבים: לאחר שהותקנו במוניות חשמליות בצפון מזרח סין, טווח החורף הוגדל ל -300 קילומטרים; מערכת אחסון האנרגיה הביתית במונגוליה הפנימית משתמשת בתא הסוללה הזה, שעדיין יכול להבטיח הפעלת ציוד חימום ב -30 מעלות; אפילו בתחנות מחקר אנטארקטיקה, הוא משמש כמקור כוח גיבוי, ופותר את בעיית הסוללות המסורתיות שנכשלו בטמפרטורות נמוכות. פריצת דרך זו בטמפרטורה נמוכה הרחיבה ברציפות את גבולות היישום של פוספט ליתיום ברזל, ויצרה דפוס תחרותי מאוזן יותר עם ליתיום טרנרי בשדות אחסון אנרגיה וסוללות כוח.