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影響鋰離子電池低溫性能有什么因素?

鉅大鋰電  |  點(diǎn)擊量:0  |  2021年04月13日  

鋰離子電池重要由正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液組成。處于低溫環(huán)境的鋰離子電池存在著放電電壓平臺(tái)下降、放電容量低、容量衰減快、倍率性能差等特點(diǎn)。制約鋰離子電池低溫性能的因素重要有以下幾點(diǎn):


◆正極結(jié)構(gòu)


正極材料的三維結(jié)構(gòu)制約著鋰離子的擴(kuò)散速率,低溫下影響尤其明顯。鋰離子電池的正極材料包括商品化的磷酸鐵鋰、鎳鈷錳三元材料、錳酸鋰、鈷酸鋰等,也包括處于開發(fā)階段的高電壓正極材料如鎳錳酸鋰、磷酸鐵錳鋰、磷酸釩鋰等。


不同正極材料具有不同的三維結(jié)構(gòu),目前用作電動(dòng)汽車動(dòng)力鋰電池的正極材料重要是磷酸鐵鋰、鎳鈷錳三元材料和錳酸鋰。


吳文迪等研究了磷酸亞鐵鋰離子電池與鎳鈷錳三元電池在-20℃的放電性能,發(fā)現(xiàn)磷酸鐵鋰離子電池在-20℃的放電容量只能達(dá)到常溫容量的67.38%,而鎳鈷錳三元電池能夠達(dá)到70.1%。杜曉莉等發(fā)現(xiàn)錳酸鋰離子電池在-20℃的放電容量可以達(dá)到常溫容量的83%。


◆高熔點(diǎn)溶劑


由于電解液混合溶劑中存在高熔點(diǎn)溶劑,鋰離子電池電解液在低溫環(huán)境下黏度增大,當(dāng)溫度過低時(shí)會(huì)發(fā)生電解液凝固現(xiàn)象,導(dǎo)致鋰離子在電解液中傳輸速率降低。


◆鋰離子擴(kuò)散速率


低溫環(huán)境下鋰離子在石墨負(fù)極中的擴(kuò)散速率降低。向宇系統(tǒng)研究了石墨負(fù)極對(duì)鋰離子電池低溫放電性能的影響,提出低溫環(huán)境下鋰離子電池的電荷遷移阻抗增大,導(dǎo)致鋰離子在石墨負(fù)極中的擴(kuò)散速率降低是影響鋰離子電池低溫性能的重要原因。


◆SEI膜


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,最終鋰離子電池在低溫環(huán)境下充放電形成極化降低充放電效率。


總結(jié)


目前多因素影響著鋰離子電池的低溫性能,如正極的結(jié)構(gòu)、鋰離子在電池各部分的遷移速率、SEI膜的厚度及化學(xué)成分以及電解液中鋰鹽和溶劑的選擇等。


低溫性能限制了鋰離子電池在電動(dòng)汽車領(lǐng)域、特種領(lǐng)域及極端環(huán)境中的應(yīng)用,開發(fā)低溫性能優(yōu)異的鋰離子電池是市場(chǎng)的迫切需求。在一些寒冷的地區(qū),也有消費(fèi)者反映,給鋰離子電池充電的時(shí)候,發(fā)現(xiàn)充不進(jìn)去。這其實(shí)是因?yàn)殡姵毓芾硐到y(tǒng)對(duì)產(chǎn)品的一種保護(hù)措施。由于在負(fù)極上嵌套的鋰離子會(huì)出現(xiàn)離子結(jié)晶,直接刺穿隔膜,在一般情況下容易造成微短路,影響壽命和性能,嚴(yán)重的話會(huì)出現(xiàn)爆炸等現(xiàn)象,所以干脆讓它充不進(jìn)去,作為一種保護(hù)。氣溫比較低時(shí),蓄電池當(dāng)中的電跑哪里去了?雖然了解自己的蓄電池已經(jīng)充滿電了,但是溫度比較低的時(shí)候,電池在放電的過程中電壓會(huì)大幅度降低。低溫放電會(huì)比平常更快的到達(dá)放電截止電壓,從而造成低溫放電容量明顯低于常溫的容量。鋰離子電池,它在低溫下的容量并非消失不見了,只是無法在正常的電壓范圍內(nèi)全部放出。在電壓比較低的情況下,已經(jīng)無法保持點(diǎn)擊正常使用,所以達(dá)到下限電壓。電池就不會(huì)再放電了。


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