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锂离子电池低温性能介..

锂离子电池低温性能先容,制约锂离子电池低温性能的因素
2019-12-20

锂离子电池自商业化以来,以寿命长、比容量大、无记忆效应等优点,获得了广泛应用,以往对锂离子电池的循环寿命和安全性关注较多,随着应用领域不断拓展,锂离子电池的低温性能低劣带来的制约愈加明显。

随着锂离子电池在电动汽车及军工领域应用的迅速发展,其低温性能不能适应特殊低温天气或极端环境的缺点也愈发明显。低温条件下,锂离子电池的有效放电容量和有效放电能量都会有明显的下降,同时其在低于-10℃的环境下几乎不可充电,这严重制约着锂离子电池的应用。

锂离子电池低温性能先容

在所有的环境因素中,温度对电池的充放电性能影响最大,锂电池在电极/电解液界面上的电化学反应与环境温度有关。低温下电解液的粘度降低、导电性下降,活性物质的活性也会降低、会使电解液的浓度差变大,极化增强,使充电提前终止。更重要的是锂离子在碳负极的扩散速度会更慢,温度下降,电极的反应速率也下降。

锂离子电池在低温条件下工作,电池的容量急剧下降且极化增强,在低温条件下,锂离子难于嵌入负极中而相对较易从负极中脱出,因此导致容量的下降,而电池的放极化变化则与低温时电解液的电导率下降,锂离子在电极中的扩散速度下降及其在充电过程中由于金属锂的沉积在负极表面形成新的SEI膜导致阻抗增大等因素有关。

低温环境下对锂离子电池充电或使用前必须对电池进行预加热。电动汽车车载的电池管理系统对电池加热的方式大体可分外部加热与内部加热两大类。这些加热方式一般位于电池包中,或者设置在热循环介质的容器中。内部加热法加热电池,则是通过交流电流激励电池内部电化学物质,使电池本身产生热量。

制约锂离子电池低温性能的因素

1、正极材料的三维结构制约着锂离子的扩散速率,不同正极材料具有不同的三维结构,低温下影响尤其明显;

2、低温下电解液与负极、隔膜之间相容性变差;电解液黏度增大,甚至部分凝固,导致离子电导率低;

3、低温下锂离子在活性物质内部扩散系数降低,电荷转移阻抗显著增大;

4、低温环境下锂离子电池负极的SEI膜增厚,SEI膜阻抗增大导致锂离子在SEI膜中的传导速率降低;

5、低温下负极析锂严重,且析出的金属锂与电解液反应,其产物沉积导致固态电解质界面厚度增加。

面对低温下锂电池使用受限的局面,应对策略是充电预热,虽然是权宜之计但对提高锂电池的低温性能有着明显的效果。较常规的锂离子电池而言,全固态锂离子电池尤其是全固态薄膜锂离子电池,有望彻底解决电池在低温下使用的容量衰减问题和循环安全问题。



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