เมื่อแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอยู่ในสถานะอุณหภูมิต่ำ ความจุที่มีอยู่จะลดลง และกำลังการชาร์จและคายประจุจะถูกจำกัด หากพลังงานไม่ถูกจำกัด จะทำให้เกิดการวิวัฒนาการของลิเธียมไอออนภายในแบตเตอรี่ ซึ่งจะนำไปสู่การลดทอนความจุของแบตเตอรี่อย่างถาวร และจะฝังกลบอันตรายด้านความปลอดภัยสำหรับการใช้แบตเตอรี่ ยิ่งอุณหภูมิแวดล้อมต่ำลง กิจกรรมของสารออกฤทธิ์ในแบตเตอรี่ก็จะยิ่งต่ำลง ความต้านทานภายในและความหนืดของอิเล็กโทรไลต์ก็จะยิ่งสูงขึ้น การแพร่กระจายของไอออนก็จะยิ่งยากขึ้น และการแพร่กระจายของลิเธียมไอออนในอิเล็กโทรดที่อุณหภูมิต่ำก็จะช้าลง ซึ่งฝังยากและหลุดออกมาง่ายทำให้ความจุลดลงอย่างรวดเร็ว ดังนั้นการใช้อุณหภูมิต่ำจะส่งผลต่ออายุการใช้งานแบตเตอรี่อย่างมาก

ฉันเชื่อว่าเราทุกคนมีความรู้สึกคล้ายกัน แบตเตอรี่ลิเธียมในฤดูหนาวใช้เวลาสั้นกว่าฤดูร้อน จะเห็นได้ว่าประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิแวดล้อม ในบรรดาปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมทั้งหมด อุณหภูมิมีผลกระทบมากที่สุดต่อประสิทธิภาพการชาร์จและการคายประจุของแบตเตอรี่ลิเธียม โดยทั่วไป ผู้คนในอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ลิเธียมทราบดีว่าสถานะการชาร์จและการคายประจุของแบตเตอรี่ลิเธียมนั้นมีความเสถียร และการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิมีอิทธิพลอย่างมาก และการชาร์จและการคายประจุของแบตเตอรี่ลิเธียมในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและต่ำ และการรักษาความจุ อัตราแบตเตอรี่ลิเธียมลดลง
จำเป็นต้องอธิบายให้คุณทราบว่าความจุของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่อุณหภูมิต่ำจะไม่หายไป แต่ไม่สามารถปล่อยออกมาได้ในช่วงแรงดันไฟฟ้าปกติ (≥3.0V) หากสามารถขยายแรงดันไฟฟ้าตัดจำหน่ายต่อไปได้ จากนั้นจึงสามารถปล่อยความจุที่เหลือได้
ปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าที่ส่วนต่อประสานอิเล็กโทรด/อิเล็กโทรไลต์สัมพันธ์กับอุณหภูมิโดยรอบ และส่วนต่อประสานอิเล็กโทรด/อิเล็กโทรไลต์ถือเป็นหัวใจของแบตเตอรี่ หากอุณหภูมิลดลง อัตราการเกิดปฏิกิริยาของอิเล็กโทรดจะลดลงเช่นกัน โดยสมมติว่าแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่คงที่และกระแสคายประจุลดลง กำลังไฟฟ้าที่ส่งออกของแบตเตอรี่ก็จะลดลงเช่นกัน
รูปที่ 1 เป็นแผนผังของเส้นโค้งความสามารถในการคายประจุของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่อุณหภูมิต่ำต่างๆ (ในที่นี้ใช้เพื่อแสดงแนวโน้มทั่วไป) เมื่อเทียบกับอุณหภูมิห้อง 20°C การลดทอนความจุที่อุณหภูมิต่ำ -20°C มีความชัดเจนมากขึ้น การที่ -30°C คือการสูญเสียความจุมากกว่า และความจุที่ -40°C ยังไม่ถึงครึ่งหนึ่งด้วยซ้ำ

ต่อไปนี้เป็นปัจจัยที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิต่ำ โดยการเปรียบเทียบความสัมพันธ์ระหว่างความจุและการนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรไลต์ (รูปที่ 2) จะเห็นได้ว่ายิ่งอุณหภูมิต่ำลง ค่าการนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรไลต์ของแบตเตอรี่ก็จะยิ่งต่ำลง เมื่อค่าการนำไฟฟ้าลดลงความสามารถของสารละลายในการทำไอออนแอคทีฟจะลดลงซึ่งสะท้อนให้เห็นในการเพิ่มขึ้นของความต้านทานของปฏิกิริยาภายในของแบตเตอรี่ (ความต้านทานนี้แสดงเป็นอิมพีแดนซ์เคมีไฟฟ้า) ส่งผลให้ความสามารถในการคายประจุลดลง นั่นคือความจุลดลง นอกจากนี้ ด้วยการวัดอิมพีแดนซ์ของแต่ละส่วนของแบตเตอรี่ (บวก ลบ อิเล็กโทรไลต์) คุณจะเห็นอิทธิพลของแต่ละส่วนที่มีต่ออิมพีแดนซ์ของแบตเตอรี่ (รูปที่ 3) เมื่ออุณหภูมิ <-10 ° C หรือมากกว่านั้น ความต้านทานของอินเทอร์เฟซของอิเล็กโทรดบวกและอิเล็กโทรดลบ (กราไฟท์ตามตัวอย่างในภาพ) จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ในขณะที่ความต้านทานของอิเล็กโทรไลต์จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วหลังจากประมาณ -20 ° C และผลรวมของอิมพีแดนซ์เหล่านี้แสดงให้เห็นว่าอิมพีแดนซ์ของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วที่ <-10 ° C หรือประมาณนั้น (แสดงโดยเซลล์ Li-ion ในรูป)

รูปที่. 2 ความสัมพันธ์ระหว่างความจุของแบตเตอรี่กับการนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรไลต์ที่อุณหภูมิต่างกัน

เมื่อเทียบกับการปล่อยประจุที่อุณหภูมิต่ำ ประสิทธิภาพการชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่อุณหภูมิต่ำไม่น่าพอใจมากกว่า การชาร์จที่อุณหภูมิต่ำต่ำกว่า 0 จะเพิ่มแรงดันภายในของแบตเตอรี่และอาจเปิดวาล์วนิรภัย ประการแรก การชาร์จที่อุณหภูมิต่ำจะ ถึงระดับแรงดันไฟฟ้าคงที่อย่างรวดเร็วและจะลดความสามารถในการชาร์จลงได้ในระดับหนึ่งในขณะที่เพิ่มเวลาในการชาร์จไม่เพียงเท่านั้นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในการชาร์จที่อุณหภูมิต่ำลิเธียมไอออนอาจไม่สามารถฝังอยู่ในกราไฟท์ได้ อิเล็กโทรดเชิงลบเพื่อที่จะตกตะกอนบนพื้นผิวเชิงลบเพื่อสร้างโลหะลิเธียม dendrites ปฏิกิริยานี้จะกินแบตเตอรี่สามารถชาร์จและปล่อยลิเธียมไอออนซ้ำ ๆ และลดความจุของแบตเตอรี่อย่างมาก dendrites โลหะลิเธียมที่ตกตะกอนอาจเจาะไดอะแฟรมด้วย ดังนั้น ส่งผลต่อประสิทธิภาพด้านความปลอดภัย
ความสามารถในการคายประจุที่อุณหภูมิต่ำของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะลดลง แต่สามารถคืนสภาพได้หลังจากการประจุและการคายประจุที่อุณหภูมิปกติ ซึ่งเป็นการสูญเสียความจุแบบย้อนกลับได้ อย่างไรก็ตาม การชาร์จที่อุณหภูมิต่ำจะทำให้เกิดการวิเคราะห์ลิเธียม ซึ่งเป็นการสูญเสียความจุอย่างถาวร เนื่องจากลิเธียมการชาร์จที่อุณหภูมิต่ำเป็นอันตรายมากกว่า การชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่อุณหภูมิต่ำจึงได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดมากกว่าการคายประจุที่อุณหภูมิต่ำ
เมื่อชาร์จในฤดูหนาว อุณหภูมิภายนอกจะต่ำ เมื่อสภาพแวดล้อมต่ำกว่า 0 ° C ความเร็วในการชาร์จแบตเตอรี่จะลดลง และอาจไม่สามารถชาร์จได้ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ปกติ โปรดชาร์จแบตเตอรี่ที่อุณหภูมิแวดล้อมที่เหมาะสม เพื่อให้แน่ใจว่าผลการชาร์จ