造成鋰離子電池低溫性能差的主要原因有哪些？
來源：寶鄂實業(yè)
2020-05-12 10:29
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1.低溫下電解液的粘度增大，電導(dǎo)率降低；
2.電解液/電極界面膜阻抗和電荷轉(zhuǎn)移阻抗增大；
3.鋰離子在活性物質(zhì)本體中的遷移速率降低.由此造成低溫下電極極化加劇，充放電容量減小。
總的來說,影響電池高溫、低溫的因素可以概括為:電解液的電導(dǎo)率、界面阻抗、SEI膜等,這些因素綜合作用在一起,影響了電池的性能。
另外，低溫充電過程中尤其是低溫大倍率充電時，負極將出現(xiàn)鋰金屬析出與沉積，沉積的金屬鋰易與電解液發(fā)生不可逆反應(yīng)消耗大量的電解液，同時使SEI膜厚度進一步增加，導(dǎo)致電池負極表面膜的阻抗進一步增大，電池極化再次增強，最將會極大破壞電池的低溫性能、循環(huán)壽命及安全性能。
鋰離子電池主要由正極材料、負極材料、隔膜、電解液組成。處于低溫環(huán)境的鋰離子電池存在著放電電壓平臺下降、放電容量低、容量衰減快、倍率性能差等特點。制約鋰離子電池低溫性能的因素主要有以下幾點：
◆正極結(jié)構(gòu)
正極材料的三維結(jié)構(gòu)制約著鋰離子的擴散速率，低溫下影響尤其明顯。鋰離子電池的正極材料包括商品化的磷酸鐵鋰、鎳鈷錳三元材料、錳酸鋰、鈷酸鋰等，也包括處于開發(fā)階段的高電壓正極材料如鎳錳酸鋰、磷酸鐵錳鋰、磷酸釩鋰等。不同正極材料具有不同的三維結(jié)構(gòu)，目前用作電動汽車動力電池的正極材料主要是磷酸鐵鋰、鎳鈷錳三元材料和錳酸鋰。吳文迪等研究了磷酸亞鐵鋰電池與鎳鈷錳三元電池在－20℃的放電性能，發(fā)現(xiàn)磷酸鐵鋰電池在－20℃的放電容量只能達到常溫容量的67.38％，而鎳鈷錳三元電池能夠達到70.1％。杜曉莉等發(fā)現(xiàn)錳酸鋰電池在－20℃的放電容量可以達到常溫容量的83％。
◆高熔點溶劑
由于電解液混合溶劑中存在高熔點溶劑，鋰離子電池電解液在低溫環(huán)境下黏度增大，當(dāng)溫度過低時會發(fā)生電解液凝固現(xiàn)象，導(dǎo)致鋰離子在電解液中傳輸速率降低。
◆鋰離子擴散速率
低溫環(huán)境下鋰離子在石墨負極中的擴散速率降低。向宇系統(tǒng)研究了石墨負極對鋰離子電池低溫放電性能的影響，提出低溫環(huán)境下鋰離子電池的電荷遷移阻抗增大，導(dǎo)致鋰離子在石墨負極中的擴散速率降低是影響鋰離子電池低溫性能的重要原因。
◆SEI膜
低溫環(huán)境下，鋰離子電池負極的SEI膜增厚，SEI膜阻抗增大導(dǎo)致鋰離子在SEI膜中的傳導(dǎo)速率降低，最終鋰離子電池在低溫環(huán)境下充放電形成極化降低充放電效率。
◆總結(jié)
目前多因素影響著鋰離子電池的低溫性能，如正極的結(jié)構(gòu)、鋰離子在電池各部分的遷移速率、SEI膜的厚度及化學(xué)成分以及電解液中鋰鹽和溶劑的選擇等。
低溫性能限制了鋰離子電池在電動汽車領(lǐng)域、軍工領(lǐng)域及極端環(huán)境中的應(yīng)用，開發(fā)低溫性能優(yōu)異的鋰離子電池是市場的迫切需求。
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