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低溫對鋰離子電池的性能有什么影響?

鉅大LARGE  |  點擊量:1285次  |  2020年08月21日  

在所有的環(huán)境因素中,溫度對電池的充放電性能影響最大,鋰離子電池在電極/電解液界面上的電化學(xué)反應(yīng)與環(huán)境溫度有關(guān),電極/電解液界面被視為電池的心臟。低溫下,電解液的粘度降低。導(dǎo)電性下降,活性物質(zhì)的活性也會降低。會使電解液的濃度差變大,極化增強,使充電提前終止。更重要的是,鋰離子在碳負(fù)極的擴散速度會更慢。容易有鋰的析出。溫度下降,電極的反應(yīng)速率也下降。假設(shè)電池電壓保持恒定,放電電流降低,電池的功率輸出也會下降。


低溫對磷酸鐵鋰離子電池的影響


目前,磷酸鐵鋰離子電池是應(yīng)用在電動汽車上最多的電池,這種電池安全性高,單體壽命較長,但磷酸鐵鋰有一個致命的缺點,磷酸鐵鋰離子電池的低溫性能比其他技術(shù)體系的電池略差。低溫對磷酸鐵鋰的正負(fù)極、電解液和粘接劑等都存在影響。比如,磷酸鐵鋰正極本身電子導(dǎo)電性比較差,低溫環(huán)境下容易出現(xiàn)極化,從而降低電池容量;受低溫影響,石墨嵌鋰速度降低,容易在負(fù)極表面析出金屬鋰,假如充電后擱置時間不足而投入使用,金屬鋰無法全部再次嵌入石墨內(nèi)部,部分金屬鋰持續(xù)存在負(fù)極的表面,極有可能形成鋰枝晶,影響電池安全;低溫下,電解液黏度會新增,鋰離子遷移阻抗也會隨之增大;此外,在磷酸鐵鋰的生產(chǎn)工藝中,粘接劑也是一個非常關(guān)鍵的因素,低溫對粘接劑的性能也會出現(xiàn)較大影響。


低溫對鈦酸鋰離子電池的影響


同樣是鋰離子電池,鈦酸鋰離子電池的低溫性能則比較優(yōu)異。尖晶石結(jié)構(gòu)的鈦酸鋰負(fù)極材料嵌鋰電位約1.5V,不會形成鋰枝晶,在充放電過程中體積應(yīng)變小于1%。納米化的鈦酸鋰離子電池可大電流充放電,實現(xiàn)了低溫快充的同時又保障了電池的耐久性和安全性。比如,主打鈦酸鋰離子電池的銀隆新能源,其產(chǎn)品具備在-50-60℃的正常充放電能力。鈦酸鋰離子電池有著材料上的優(yōu)勢,它在低溫下仍然可以實現(xiàn)快充,這種任性,其他材料電池很難學(xué)來。


預(yù)加熱提高鋰離子電池的低溫性能


面對低溫下鋰離子電池使用受限的局面,技術(shù)人員找到的應(yīng)對策略是充電預(yù)熱,雖然是權(quán)宜之計,但對提高鋰離子電池的低溫性能有著明顯的效果。


低溫環(huán)境下對鋰離子電池充電或使用前,必須對電池進行預(yù)加熱。電動汽車車載的電池管理系統(tǒng)(BMS)對電池加熱的方式大體可分外部加熱與內(nèi)部加熱兩大類。外部加熱方式有空氣加熱、液體加熱、相變材料加熱,以及熱阻加熱器或者熱泵加熱。這些加熱方式一般位于電池包中,或者設(shè)置在熱循環(huán)介質(zhì)的容器中。內(nèi)部加熱法加熱電池,則是通過交流電流激勵電池內(nèi)部電化學(xué)物質(zhì),使電池本身出現(xiàn)熱量。


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