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铁锂电池在低温环境下会产生哪些影响

来源:存能电气  日期:2019-03-25 13:23  浏览量:

  铁锂电池在低温环境下会产生哪些影响??众所周知,铁锂电池的容量会随温度的变化而变化,随着冬天的来临,锂电池似乎进入了冬眠状态,这给新能源汽车以及数码产品用户带来不小的烦恼。本文存能电气小编就给大家讲解低温对锂电池的影响。

  对于铁锂电池而言,不论是国标还是企标,对放电的下限温度都有着严格的限制:不低于-20℃。而对于充电温度而言,则不仅会像放电一样规定最低温度,甚至明确规定低温下只能小倍率充电、且不能满充(例如0~15度时只能0.2C充电,且上限电压是4.0V),生怕用户越雷池半步。

  在美国汽车协会进行的测试中,一辆电动汽车在75华氏度时的续航里程为105英里,20华氏度时候就会降至43英里下降幅度高达60%。电池与人有几分相似之处,气候转冷后就不那么活跃,铅蓄电池、铁锂电池和燃料电池等都会受到低温的影响,只是程度不同而已。那么问题来了,本来用户需要的是一个高低温性能皆要兼顾的全能战士,但为什么锂电厂家却要定下这些苛刻的限制呢?

  低温对磷酸铁锂电池的影响

铁锂电池.jpg

  目前,铁锂电池是应用在电动汽车上最多的电池,这种电池安全性高,单体寿命较长,但铁锂电池有一个致命的缺点,他的低温性能比其他技术体系的电池略差。低温对磷酸铁锂的正负极、电解液和粘接剂等都存在影响。

  比如,磷酸铁锂正极本身电子导电性比较差,低温环境下容易产生极化,从而降低电池容量;受低温影响,石墨嵌锂速度降低,容易在负极表面析出金属锂,如果充电后搁置时间不足而投入使用,金属锂无法全部再次嵌入石墨内部,部分金属锂持续存在负极的表面,极有可能形成锂枝晶,影响电池安全;低温下,电解液黏度会增加,锂离子迁移阻抗也会随之增大;此外,在铁锂电池的生产工艺中,粘接剂也是一个非常关键的因素,低温对粘接剂的性能也会产生较大影响。

  为何铁锂电池充电比放电更需要温度?

  许多企业的锂电池产品能够实现低温下正常放电,但在同样的温度下,实现正常充电就比较吃力,甚至无法充电,当Li+嵌入石墨材料时,首先要去溶剂化,这个过程会消耗一定能量,阻碍了Li+扩散到石墨内部;相反,Li+在脱出石墨材料进入到溶液中时,会有一个溶剂化过程,而溶剂化不消耗能量,Li+可以快速脱出石墨。因此,石墨材料的充电接受能力要明显逊色于放电接受能力。

  低温环境下,铁锂电池充电有一定的风险。因为随着温度的降低,石墨负极的动力学特性进步一变差,充电过程中,负极的电化学极化明显加剧,析出的金属锂容易形成锂枝晶,穿破隔膜并导致正负极短路。

  尽量避免锂离子电池在低温下充电。当电池必须在低温下充电时,需要尽可能选择小电流(即慢充)对锂离子电池进行充电,并在充电后对锂离子电池进行充分搁置,从而保证负极析出的金属锂能够与石墨反应,重新嵌入到石墨负极内部。

  业内企业及科研机构对铁锂电池耐低温性能的探索和攻关,多着眼于对现有正负极材料的工艺改进,以及通过提高电池的局部环境温度为电池在低温下工作创造条件。

  铁锂电池材料在走向纳米化,材料的粒径、电阻力、AB平面轴长大小三方面会影响电池的低温特性。从三种工艺生产的材料来看,层间距大的颗粒石墨,本体阻抗和离子迁移阻抗比较小;电解液方面,目前,存能电气低温磷酸铁锂电池已经在内蒙古、东北三省等地区大范围推广。

  目前很多电池技术人员利用金属丝通电生热的原理,在电芯上加装镍箔片,镍箔片通电产生热量,使电池内部温度升高。达到一定温度后,箔片会自动断开以保障电池安全。据了解,在-30℃的实验环境,应用这项技术的电池,30秒即能快速升温至0℃以上,放电功率提高6倍以上,充电功率则提高10倍以上。

  以上是低温环境对锂电池产生的影响,随着的技术的进一步发展,铁锂电池在低温性将有进一步的突破。

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