鐵鋰電池在低溫環(huán)境下會產(chǎn)生哪些影響
來源:存能電氣 日期:2019-03-25 13:23 瀏覽量:次
鐵鋰電池在低溫環(huán)境下會產(chǎn)生哪些影響??眾所周知,鐵鋰電池的容量會隨溫度的變化而變化,隨著冬天的來臨,鋰電池似乎進(jìn)入了冬眠狀態(tài),這給新能源汽車以及數(shù)碼產(chǎn)品用戶帶來不小的煩惱。本文存能電氣小編就給大家講解低溫對鋰電池的影響。
對于鐵鋰電池而言,不論是國標(biāo)還是企標(biāo),對放電的下限溫度都有著嚴(yán)格的限制:不低于-20℃。而對于充電溫度而言,則不僅會像放電一樣規(guī)定最低溫度,甚至明確規(guī)定低溫下只能小倍率充電、且不能滿充(例如0~15度時只能0.2C充電,且上限電壓是4.0V),生怕用戶越雷池半步。
在美國汽車協(xié)會進(jìn)行的測試中,一輛電動汽車在75華氏度時的續(xù)航里程為105英里,20華氏度時候就會降至43英里下降幅度高達(dá)60%。電池與人有幾分相似之處,氣候轉(zhuǎn)冷后就不那么活躍,鉛蓄電池、鐵鋰電池和燃料電池等都會受到低溫的影響,只是程度不同而已。那么問題來了,本來用戶需要的是一個高低溫性能皆要兼顧的全能戰(zhàn)士,但為什么鋰電廠家卻要定下這些苛刻的限制呢?
低溫對磷酸鐵鋰電池的影響
目前,鐵鋰電池是應(yīng)用在電動汽車上最多的電池,這種電池安全性高,單體壽命較長,但鐵鋰電池有一個致命的缺點(diǎn),他的低溫性能比其他技術(shù)體系的電池略差。低溫對磷酸鐵鋰的正負(fù)極、電解液和粘接劑等都存在影響。
比如,磷酸鐵鋰正極本身電子導(dǎo)電性比較差,低溫環(huán)境下容易產(chǎn)生極化,從而降低電池容量;受低溫影響,石墨嵌鋰速度降低,容易在負(fù)極表面析出金屬鋰,如果充電后擱置時間不足而投入使用,金屬鋰無法全部再次嵌入石墨內(nèi)部,部分金屬鋰持續(xù)存在負(fù)極的表面,極有可能形成鋰枝晶,影響電池安全;低溫下,電解液黏度會增加,鋰離子遷移阻抗也會隨之增大;此外,在鐵鋰電池的生產(chǎn)工藝中,粘接劑也是一個非常關(guān)鍵的因素,低溫對粘接劑的性能也會產(chǎn)生較大影響。
為何鐵鋰電池充電比放電更需要溫度?
許多企業(yè)的鋰電池產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)低溫下正常放電,但在同樣的溫度下,實(shí)現(xiàn)正常充電就比較吃力,甚至無法充電,當(dāng)Li+嵌入石墨材料時,首先要去溶劑化,這個過程會消耗一定能量,阻礙了Li+擴(kuò)散到石墨內(nèi)部;相反,Li+在脫出石墨材料進(jìn)入到溶液中時,會有一個溶劑化過程,而溶劑化不消耗能量,Li+可以快速脫出石墨。因此,石墨材料的充電接受能力要明顯遜色于放電接受能力。
低溫環(huán)境下,鐵鋰電池充電有一定的風(fēng)險。因?yàn)殡S著溫度的降低,石墨負(fù)極的動力學(xué)特性進(jìn)步一變差,充電過程中,負(fù)極的電化學(xué)極化明顯加劇,析出的金屬鋰容易形成鋰枝晶,穿破隔膜并導(dǎo)致正負(fù)極短路。
盡量避免鋰離子電池在低溫下充電。當(dāng)電池必須在低溫下充電時,需要盡可能選擇小電流(即慢充)對鋰離子電池進(jìn)行充電,并在充電后對鋰離子電池進(jìn)行充分?jǐn)R置,從而保證負(fù)極析出的金屬鋰能夠與石墨反應(yīng),重新嵌入到石墨負(fù)極內(nèi)部。
業(yè)內(nèi)企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)對鐵鋰電池耐低溫性能的探索和攻關(guān),多著眼于對現(xiàn)有正負(fù)極材料的工藝改進(jìn),以及通過提高電池的局部環(huán)境溫度為電池在低溫下工作創(chuàng)造條件。
鐵鋰電池材料在走向納米化,材料的粒徑、電阻力、AB平面軸長大小三方面會影響電池的低溫特性。從三種工藝生產(chǎn)的材料來看,層間距大的顆粒石墨,本體阻抗和離子遷移阻抗比較小;電解液方面,目前,存能電氣低溫磷酸鐵鋰電池已經(jīng)在內(nèi)蒙古、東北三省等地區(qū)大范圍推廣。
目前很多電池技術(shù)人員利用金屬絲通電生熱的原理,在電芯上加裝鎳箔片,鎳箔片通電產(chǎn)生熱量,使電池內(nèi)部溫度升高。達(dá)到一定溫度后,箔片會自動斷開以保障電池安全。據(jù)了解,在-30℃的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)的電池,30秒即能快速升溫至0℃以上,放電功率提高6倍以上,充電功率則提高10倍以上。
以上是低溫環(huán)境對鋰電池產(chǎn)生的影響,隨著的技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,鐵鋰電池在低溫性將有進(jìn)一步的突破。
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