鋰離子電池的低溫性能如何,制約鋰離子電池低溫性能的因素
2020-12-22 電子發燒友鋰離子電池的低溫性能如何，制約鋰離子電池低溫性能的因素
鋰電池UPS 發表於 2019-12-20 15:57:59
（文章來源：鋰電池UPS）
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。鋰離子電池自商業化以來，以壽命長、比容量大、無記憶效應等優點，獲得了廣泛應用，以往對鋰離子電池的循環壽命和安全性關注較多，隨著應用領域不斷拓展，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域應用的迅速發展，其低溫性能不能適應特殊低溫天氣或極端環境的缺點也愈發明顯。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，同時其在低於－10℃的環境下幾乎不可充電，這嚴重製約著鋰離子電池的應用。
在所有的環境因素中，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反應與環境溫度有關。低溫下電解液的粘度降低、導電性下降，活性物質的活性也會降低、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極的擴散速度會更慢，溫度下降，電極的反應速率也下降。
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，在低溫條件下，鋰離子難於嵌入負極中而相對較易從負極中脫出，因此導致容量的下降，而電池的放極化變化則與低溫時電解液的電導率下降，鋰離子在電極中的擴散速度下降及其在充電過程中由於金屬鋰的沉積在負極表面形成新的SEI膜導致阻抗增大等因素有關。
低溫環境下對鋰離子電池充電或使用前必須對電池進行預加熱。電動汽車車載的電池管理系統對電池加熱的方式大體可分外部加熱與內部加熱兩大類。這些加熱方式一般位於電池包中，或者設置在熱循環介質的容器中。內部加熱法加熱電池，則是通過交流電流激勵電池內部電化學物質，使電池本身產生熱量。
制約鋰離子電池低溫性能的因素：1、正極材料的三維結構制約著鋰離子的擴散速率，不同正極材料具有不同的三維結構，低溫下影響尤其明顯；2、低溫下電解液與負極、隔膜之間相容性變差；電解液黏度增大，甚至部分凝固，導致離子電導率低；3、低溫下鋰離子在活性物質內部擴散係數降低，電荷轉移阻抗顯著增大；4、低溫環境下鋰離子電池負極的SEI膜增厚，SEI膜阻抗增大導致鋰離子在SEI膜中的傳導速率降低；5、低溫下負極析鋰嚴重，且析出的金屬鋰與電解液反應，其產物沉積導致固態電解質界面厚度增加。
面對低溫下鋰電池使用受限的局面，應對策略是充電預熱，雖然是權宜之計但對提高鋰電池的低溫性能有著明顯的效果。較常規的鋰離子電池而言，全固態鋰離子電池尤其是全固態薄膜鋰離子電池，有望徹底解決電池在低溫下使用的容量衰減問題和循環安全問題。
（責任編輯：fqj）
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