鐵鋰電池在低溫環(huán)境下會產(chǎn)生哪些影響呢？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-12-10 17:59
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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(shí)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(shí)的續(xù)航里程為105英里，20華氏度時(shí)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(shí)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(shí)，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(shí)，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(xiǎn)。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(shí)，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。
