對電池來說，無論是生產(chǎn)制造、使用還是運輸，都涉及到安全問題。尤其是近年國家大力提倡電池的回收利用，使用后電池發(fā)生熱失控的風(fēng)險大大提高，運輸過程要特別注意防止電池的熱失控問題。此前，英國華威大學(xué)Thomas R.B. Grandjean等人提出利用液氮對電池進(jìn)行低溫冷凍以確保電池運輸安全[1]，實驗證明低溫冷凍后的軟包電池能通過針刺測試，而普通電池?zé)o法通過。

 

最近，Thomas R.B. Grandjean等人更進(jìn)一步，深入研究了低溫冷凍對電池性能的影響，結(jié)果顯示無論是NCM體系電池還是NCA體系電池，低溫冷凍都不會對電池的容量和內(nèi)阻產(chǎn)生惡化影響。成果以Cycle life of lithium ion batteries after flash cryogenic freezing為題發(fā)表在Journal of Energy Storage上。

 

作者選用了兩款電池進(jìn)行實驗，分別是Dow Kokam (DK)生產(chǎn)的5 Ah NCM體系電池和Panasonic (PAN)生產(chǎn)的3 Ah NCA體系電池。兩種電池分別分成兩組：一組為對照組，記為DK01和PAN01，未經(jīng)低溫冷凍處理；一組為實驗組，記為DK02和PAN02，進(jìn)行低溫冷凍處理。具體低溫冷凍過程作者在參考文獻(xiàn)1中有過詳細(xì)描述，簡而言之就是將將電池浸入液氮冷凍5 min，以保證電池徹底冷凍。為了對比低溫冷凍對電池容量和內(nèi)阻的影響，對照組和實驗組電池均在室溫25 ℃條件下進(jìn)行循環(huán)容量測試和HPPC測試。DK 5 Ah NCM電池的循環(huán)電壓區(qū)間為2.7-4.2 V，放電電流為4 C (20 A)，充電電流為1 C (5 A)。如圖1所示，由于循環(huán)150周電池表面溫度均低于60 ℃的安全溫度，后續(xù)循環(huán)放電電流提高了5 C，充電電流提高到了2 C。PAN 3 Ah NCA電池的循環(huán)電壓區(qū)間為2.5-4.2 V，放電電流為1 C (3 A)，充電電流為0.5 C (1.5 A)。同樣，由于循環(huán)90周電池表面溫度均低于50 ℃的安全溫度，后續(xù)循環(huán)放電電流提高了2 C，充電電流還是維持0.5 C。(注：以上充放電電流均在電池供應(yīng)商提供的充電策略范圍內(nèi)。)

 

對于DK 5 Ah NCM體系電池，在循環(huán)前600周DK01 (實驗組)和DK02 (對照組)容量幾乎沒有差異，但在600周后二者的容量出現(xiàn)分化，DK02 (對照組)容量衰減明顯比DK01 (實驗組)要快。在圖2b所示，對于PAN 5 Ah NCA體系電池，在循環(huán)900周內(nèi)PAN01 (實驗組)和PAN02 (對照組)容量都幾乎保持一致。作者還利用t檢驗對以上測試結(jié)果進(jìn)行了考核，如表1和表2所示，所有t檢驗值均大于0.05，由此表明以上結(jié)果并非是由統(tǒng)計誤差所導(dǎo)致的。因此，無論是NCM體系電池還是NCA體系電池，低溫冷凍不會對電池的容量產(chǎn)生惡化影響。

 

對于DK 5 Ah NCM電池，循環(huán)前600周DK01 (實驗組)和DK02 (對照組)內(nèi)阻幾乎沒有差異；但在600周后二者的內(nèi)阻出現(xiàn)分化，DK02 (對照組)內(nèi)阻明顯比DK01 (實驗組)略高。對于PAN 3 Ah NCA電池，低溫冷凍與否電池的內(nèi)阻幾乎都保持一致。以上內(nèi)阻結(jié)果也顯示低溫冷凍不會對電池性能產(chǎn)生顯著影響。市面上手持式電池內(nèi)阻測試儀多采用了交流電導(dǎo)率測試法，既可以測試可移動式電池，也可以測試固定式電池。然而為了減少成本和方便系統(tǒng)搭建，這些測試儀往往拉載電池脈沖信號測試，而不是注入正弦信號，而脈沖信號通常不是電壓控制的，而且容易超過熱電池電壓*。鉛酸蓄電池的熱電池電壓閾值是每節(jié)電池25mV。脈沖信號超過這個電壓就像音頻放大器的過功率使用，結(jié)果會導(dǎo)致噪聲和畸變。而且為了節(jié)約成本，測試信號往往使用頻率低于100Hz的脈沖信號。

    雖然交流電導(dǎo)測試法可以提供精確測量，但必須保證電池是充滿電的狀態(tài)或者測量前只經(jīng)過了短時放電或擱置。當(dāng)電池電量較低時，交流電導(dǎo)測試法則較為不可靠，甚至?xí)`判電池的電性能。因此用戶常會抱怨測試結(jié)果與電池充電狀態(tài)的相關(guān)性。