鋰離子電池負(fù)極材料的低溫特性
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-11-03 16:23
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相對(duì)于正極材料而言，鋰離子電池負(fù)極材料的低溫惡化現(xiàn)象更為嚴(yán)重，主要有以下 3 個(gè)原因：
低溫大倍率充放電時(shí)電池極化嚴(yán)重，負(fù)極表面金屬鋰大量沉積，且金屬鋰與電解液的反應(yīng)產(chǎn)物一般不具有導(dǎo)電性；
從熱力學(xué)角度，電解液中含有大 量 C–O、C–N 等極性基團(tuán)，能與負(fù)極材料反應(yīng)，所 形成的 SEI 膜更易受低溫影響；
碳負(fù)極在低溫下嵌鋰?yán)щy，存在充放電不對(duì)稱性。
低溫電解液的研究鋰離子電池中承擔(dān)著傳遞 Li+ 的作用， 其離子電導(dǎo)率和 SEI 成膜性能對(duì)電池低溫性能影響 顯著。判斷低溫用電解液優(yōu)劣，有3個(gè)主要指標(biāo)： 離子電導(dǎo)率、電化學(xué)窗口和電極反應(yīng)活性。而這3個(gè)指標(biāo)的水平，在很大程度上取決于其組成材料： 溶劑、電解質(zhì)(鋰鹽)、添加劑。因此，電解液的各部分低溫性能的研究，對(duì)理解和改善電池的低溫性 能，具有重要的意義。
EC 基電解液低溫特性相比鏈狀碳酸酯而言，環(huán)狀碳酸酯結(jié)構(gòu)緊密、作用力大，具有較高的熔點(diǎn)和黏度。但是、環(huán)狀結(jié)構(gòu)帶來的大的極性， 使其往往具有很大的介電常數(shù)。EC 溶劑的大介電常數(shù)、高離子導(dǎo)電率、絕佳成膜性能， 有效防止溶劑分子共插入，使其具有不可或缺的地位，所以，常用低溫電解液體系大都以 EC 為基， 再混合低熔點(diǎn)的小分子溶劑。
鋰鹽是電解液的重要組成。鋰鹽在電解液中不 僅能夠提高溶液的離子電導(dǎo)率，還能降低 Li+ 在溶液中的擴(kuò)散距離。一般而言，溶液中的Li+濃度越大，其離子電導(dǎo)率也越大。但電解液中的鋰離子濃度與鋰鹽的濃度并非呈線性相關(guān)，而是呈拋物線狀。這是因?yàn)?，溶劑中鋰離子濃度取決于鋰鹽在溶劑中的離解作用和締合作用的強(qiáng)弱。
低溫電解液的研究
除電池組成本身外，在實(shí)際操作中的工藝因素， 也會(huì)對(duì)電池性能產(chǎn)生很大影響。
(1) 制備工藝。Yaqub 等研究了電極荷載及 涂覆厚度對(duì) LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 /Graphite 電池低溫性能的影響發(fā)現(xiàn)，就容量保持率而言，電極荷載 越小，涂覆層越薄，其低溫性能越好。
(2) 充放電狀態(tài)。Petzl 等研究了低溫充放電 狀態(tài)對(duì)電池循環(huán)壽命的影響，發(fā)現(xiàn)，放電深度較大 時(shí)，會(huì)引起較大的容量損失，且降低循環(huán)壽命。
(3) 其它因素。電極的表面積、孔徑、電極密度、電極與電解液的潤(rùn)濕性及隔膜等，均影響著鋰離子電池的低溫性能。另外，材料和工藝的缺陷對(duì)電池低溫性能的影響也不容忽視。
為保證鋰離子電池的低溫性能，需要做好以下幾點(diǎn)：
(1) 形成薄而致密的 SEI 膜；
(2) 保證 Li+ 在活性物質(zhì)中具有較大的擴(kuò)散系數(shù)；
(3) 電解液在低溫下具有高的離子電導(dǎo)率。
