铁锂离子电池在低温环境下会出现的影响有什么

2021-02-10      1419 次浏览

关于铁锂离子电池而言,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℃。而关于充电温度而言,则不仅会像放电相同规定最低温度,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,蓄电池、铁锂离子电池和燃料动力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,本来用户要的是一个高低温性能皆要兼顾的全能战士,但为何锂电厂家却要定下这些苛刻的限制呢?


低温对磷酸铁锂离子电池的影响


目前,铁锂离子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,但铁锂离子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,低温环境下容易出现极化,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,假如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,电解液黏度会新增,锂离子迁移阻抗也会随之增大;此外,在铁锂离子电池的生产工艺中,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出现较大影响。


为何铁锂离子电池充电比放电更要温度?


许多公司的锂离子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,铁锂离子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。


尽量防止锂离子电池在低温下充电。当电池必须在低温下充电时,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。


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