鋰離子電池冬季電量減少的原因有哪些？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-29 11:30
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冬季車內(nèi)加熱設(shè)備的使用加大續(xù)航損耗。
目前PTC加熱器是電動(dòng)汽車暖風(fēng)空調(diào)的主要熱源，相比于電熱絲加熱能量轉(zhuǎn)化效率已從70%上升至98%，但將高品位的電能直接轉(zhuǎn)化為低品位的熱能，能量浪費(fèi)依然巨大。蔚來(lái)汽車為ES8配備了前5.5kw后3.7kw等2個(gè)PTC加熱器，即在始終開啟的狀態(tài)下僅暖風(fēng)空調(diào)每小時(shí)將消耗近50公里續(xù)航，如果再考慮電池本身的劣化，355公里的續(xù)航只能完成一半。
理論測(cè)算加熱功耗嚴(yán)重制約續(xù)航里程。以當(dāng)前主流的300km配備35kwh電池的車型為例，可獲得加熱功耗與里程關(guān)系曲線，若要保證75%的續(xù)航保持率，車內(nèi)平均加熱功耗需要控制于1-1.5kw。但電熱轉(zhuǎn)換效率最多為1，PTC加熱器的效率已非常接近，因此需要尋找例如熱泵空調(diào)等轉(zhuǎn)化效率突破電熱瓶頸的技術(shù)。
低溫下電化學(xué)反應(yīng)不活躍是電池冬季續(xù)航降低的主要原因。鋰離子電池是一種典型的“搖椅電池”，其充電時(shí)，鋰離子從正極脫嵌穿越隔膜進(jìn)入負(fù)極，使得負(fù)極呈富鋰狀態(tài)，正極呈貧鋰狀態(tài)，同時(shí)碳負(fù)極通過(guò)外電路獲得補(bǔ)償電荷，放電時(shí)則相反。環(huán)境溫度過(guò)低時(shí)，電解液黏度增大甚至部分凝固，使得鋰離子脫嵌運(yùn)動(dòng)受阻，電導(dǎo)率降低，最終引起了容量減少。
低溫下使用鋰電池易造成不可逆的容量損傷和潛在危險(xiǎn)。鋰離子的溶解性在低溫時(shí)會(huì)顯著降低，易析出沉積形成鋰晶枝，生長(zhǎng)到一定程度時(shí)有可能會(huì)刺穿隔膜造成電池短路，形成潛在安全風(fēng)險(xiǎn)。且此時(shí)電池負(fù)極動(dòng)力學(xué)條件較差，固態(tài)電解質(zhì)界面(SEI)厚度會(huì)增加，將不可逆地持續(xù)阻礙離子流動(dòng)，造成有效容量衰減。
各類正極材料的抗低溫能力均不相同，NCM811電池相對(duì)抗凍。研究發(fā)現(xiàn)在-20℃下電池的容量保持率均有下降，總體上NCM與NCA材料抗低溫性能相似，NCM811比NCA稍高，但兩者均明顯優(yōu)于磷酸鐵鋰電池。當(dāng)前國(guó)內(nèi)的電池向NCM811發(fā)展的趨勢(shì)有助于減緩冬季低電量的現(xiàn)象，但仍需要低溫?zé)峁芾韥?lái)讓電池工作在最佳范圍。
