鋰離子電池低溫性能介紹,制約鋰離子電池低溫性能的因素

來源：存能電氣  日期：2019-12-18 19:25  瀏覽量：次

　　鋰離子電池低溫性能介紹，制約鋰離子電池低溫性能的因素。鋰離子電池自商業(yè)化以來，以壽命長、比容量大、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，獲得了廣泛應(yīng)用，以往對鋰離子電池的循環(huán)壽命和安全性關(guān)注較多，隨著應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，鋰離子電池的低溫性能低劣帶來的制約愈加明顯。

　　隨著鋰離子電池在電動汽車及軍工領(lǐng)域應(yīng)用的迅速發(fā)展，其低溫性能不能適應(yīng)特殊低溫天氣或極端環(huán)境的缺點(diǎn)也愈發(fā)明顯。低溫條件下，鋰離子電池的有效放電容量和有效放電能量都會有明顯的下降，同時其在低于－10℃的環(huán)境下幾乎不可充電，這嚴(yán)重制約著鋰離子電池的應(yīng)用。

　　鋰離子電池低溫性能介紹

　　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)。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(qiáng)，使充電提前終止。更重要的是鋰離子在碳負(fù)極的擴(kuò)散速度會更慢，溫度下降，電極的反應(yīng)速率也下降。

　　鋰離子電池在低溫條件下工作，電池的容量急劇下降且極化增強(qiáng)，在低溫條件下，鋰離子難于嵌入負(fù)極中而相對較易從負(fù)極中脫出，因此導(dǎo)致容量的下降，而電池的放極化變化則與低溫時電解液的電導(dǎo)率下降，鋰離子在電極中的擴(kuò)散速度下降及其在充電過程中由于金屬鋰的沉積在負(fù)極表面形成新的SEI膜導(dǎo)致阻抗增大等因素有關(guān)。

　　低溫環(huán)境下對鋰離子電池充電或使用前必須對電池進(jìn)行預(yù)加熱。電動汽車車載的電池管理系統(tǒng)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。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)，使電池本身產(chǎn)生熱量。

　　制約鋰離子電池低溫性能的因素

　　1、正極材料的三維結(jié)構(gòu)制約著鋰離子的擴(kuò)散速率，不同正極材料具有不同的三維結(jié)構(gòu)，低溫下影響尤其明顯；

　　2、低溫下電解液與負(fù)極、隔膜之間相容性變差；電解液黏度增大，甚至部分凝固，導(dǎo)致離子電導(dǎo)率低；

　　3、低溫下鋰離子在活性物質(zhì)內(nèi)部擴(kuò)散系數(shù)降低，電荷轉(zhuǎn)移阻抗顯著增大；

　　4、低溫環(huán)境下鋰離子電池負(fù)極的SEI膜增厚，SEI膜阻抗增大導(dǎo)致鋰離子在SEI膜中的傳導(dǎo)速率降低；

　　5、低溫下負(fù)極析鋰嚴(yán)重，且析出的金屬鋰與電解液反應(yīng)，其產(chǎn)物沉積導(dǎo)致固態(tài)電解質(zhì)界面厚度增加。

　　面對低溫下鋰電池使用受限的局面，應(yīng)對策略是充電預(yù)熱，雖然是權(quán)宜之計但對提高鋰電池的低溫性能有著明顯的效果。較常規(guī)的鋰離子電池而言，全固態(tài)鋰離子電池尤其是全固態(tài)薄膜鋰離子電池，有望徹底解決電池在低溫下使用的容量衰減問題和循環(huán)安全問題。