解析鋰電池低溫性能的關(guān)鍵因素
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-09-09 19:43
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一、正極材料
正極材料作為動(dòng)力來(lái)源是影響鋰電池低溫性能的主要參數(shù)之一，目前市場(chǎng)上主流的材料體系是三元材料和磷酸鐵鋰材料，兩種材料相比三元的低溫性能更佳。磷酸鐵鋰低溫性能差主要是因?yàn)槠洳牧媳旧頌榻^緣體，電子導(dǎo)電率低，鋰離子擴(kuò)散性差，低溫下導(dǎo)電性差，使得電池內(nèi)阻增加，所受極化影響大，電池充放電受阻，因此低溫性能不理想。低溫下鋰離子在正負(fù)極間的嵌入/脫出受材料影響大，三元材料具有層狀結(jié)構(gòu)，材料擴(kuò)散系數(shù)高，更利于鋰離子的嵌入/脫出。
材料的結(jié)構(gòu)、粒徑及材料的類型對(duì)電池的低溫性能影響較大。正極材料顆粒度小、比表面積大有利于低溫性能的發(fā)揮，顆粒度小則相應(yīng)的鋰離子擴(kuò)散路徑短，所受的極化小，同時(shí)電解液也容易附著在原始顆粒表層，減少濃差極化；粒度大則鋰離子擴(kuò)散的路徑長(zhǎng)，在電池工作放電時(shí)鋰離子從負(fù)極到正極的擴(kuò)散來(lái)不及補(bǔ)償從負(fù)極流入正極的電子，從而造成正極中電子過(guò)量，使得電極電位負(fù)移，造成放電電壓平臺(tái)變低。
除了材料本身性質(zhì)之外，正極漿料中導(dǎo)電劑的分散情況、粘接性能以及極片面密度、活物質(zhì)密度等參數(shù)也對(duì)低溫性能有重要影響。導(dǎo)電劑分散均勻，沒(méi)有團(tuán)聚，可以提高鋰離子電池的電導(dǎo)率，減小鋰離子電池的歐姆內(nèi)阻，有利于提高電池的充放電性能。面密度越大，離子擴(kuò)散距離和所受阻力也會(huì)增大，電極表面與電解液接觸的固液界面到集流體的距離增加，在鋰離子脫嵌時(shí)為保持電極電荷平衡同時(shí)遷移的電子在兩者間傳遞的阻力也增大，使得電極電位與平衡電位的偏差程度更大，電池極化增大，其低溫性能自然也不甚好。
二、電解液
電解液的材質(zhì)及物化參數(shù)對(duì)電池低溫性能有重要影響。電池低溫下循環(huán)面臨的問(wèn)題是，電解液粘度增大，離子傳導(dǎo)速度變慢，與外電路電子遷移速度不匹配，電池出現(xiàn)嚴(yán)重極化，充放電容量出現(xiàn)急劇降低。尤其是在低溫充電的情況下，鋰離子很容易在負(fù)極表面形成鋰枝晶，導(dǎo)致電池失效。
電解液的低溫性能與電解液自身電導(dǎo)率的大小密切相關(guān)，電導(dǎo)率大的傳輸離子快，低溫下能發(fā)揮出更多的容量。電解液中的鋰鹽解離的越多，遷移數(shù)目就越多，電導(dǎo)率就越高。電導(dǎo)率高，離子傳導(dǎo)速率越快，所受極化就越小，在低溫下電池的性能表現(xiàn)越好。因此較高的電導(dǎo)率是實(shí)現(xiàn)鋰離子蓄電池良好低溫性能的必要條件。
電解液的電導(dǎo)率與電解液的組成成分有關(guān)，減小溶劑的粘度是提高電解液電導(dǎo)率的途徑之一。溶劑低溫下溶劑良好的流動(dòng)性是離子運(yùn)輸?shù)谋Ｕ?，而低溫下電解液在?fù)極所形成的固體電解質(zhì)膜也是影響鋰離子傳導(dǎo)的關(guān)鍵。因此，提高電解液低溫下的電導(dǎo)率可以從以下兩點(diǎn)著手：1.溶液低凝固點(diǎn)，2.低內(nèi)阻的SEI 膜。
三、隔膜
隔膜對(duì)鋰電池低溫性能的影響主要考慮其不同溫度下電阻大小對(duì)電池性能的影響?？讖降拇笮?duì)電池性能有直接的影響，孔徑太小會(huì)增大電池內(nèi)阻，孔徑太大則容易使正負(fù)極直接接觸或易被鋰枝晶刺穿造成電池短路。合適的孔隙率對(duì)隔膜及電池的性能發(fā)揮尤為重要：隔膜的孔隙率若太小，隔膜透氣性能差，電解液吸附能力弱，電導(dǎo)率低?？紫堵侍?，雖然透氣性能和電解液吸附能力明顯改善，但對(duì)應(yīng)的收縮率和抗穿刺能力變差。
