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低温对锂电池的性能有哪些影响?

在所有的环境因素中,温度对电池的充放电性能影响最大,锂电池在电极/电解液界面上的电化学反应与环境温度有关,电极/电解液界面被视为电池的心脏。低温下,电解液的粘度降低。导电性下降,活性物质的活性也会降低。会使电解液的浓度差变大,极化增强,使充电提前终止。更重要的是,锂离子在碳负极的扩散速度会更慢。容易有锂的析出。温度下降,电极的反应速率也下降。假设电池电压保持恒定,放电电流降低,电池的功率输出也会下降。

低温对磷酸铁锂电池的影响

目前,磷酸铁锂电池是应用在电动汽车上最多的电池,这种电池安全性高,单体寿命较长,但磷酸铁锂有一个致命的缺点,磷酸铁锂电池的低温性能比其他技术体系的电池略差。低温对磷酸铁锂的正负极、电解液和粘接剂等都存在影响。比如,磷酸铁锂正极本身电子导电性比较差,低温环境下容易产生极化,从而降低电池容量;受低温影响,石墨嵌锂速度降低,容易在负极表面析出金属锂,如果充电后搁置时间不足而投入使用,金属锂无法全部再次嵌入石墨内部,部分金属锂持续存在负极的表面,极有可能形成锂枝晶,影响电池安全;低温下,电解液黏度会增加,锂离子迁移阻抗也会随之增大;此外,在磷酸铁锂的生产工艺中,粘接剂也是一个非常关键的因素,低温对粘接剂的性能也会产生较大影响。

低温对钛酸锂电池的影响

同样是锂电池,钛酸锂电池的低温性能则比较优异。尖晶石结构的钛酸锂负极材料嵌锂电位约1.5V,不会形成锂枝晶,在充放电过程中体积应变小于 1%。纳米化的钛酸锂电池可大电流充放电,实现了低温快充的同时又保障了电池的耐久性和安全性。比如,主打钛酸锂电池的银隆新能源,其产品具备在-50-60℃的正常充放电能力。钛酸锂电池有着材料上的优势,它在低温下仍然可以实现快充,这种任性,其他材料电池很难学来。

预加热提高锂电池的低温性能

面对低温下锂电池使用受限的局面,技术人员找到的应对策略是充电预热,虽然是权宜之计,但对提高锂电池的低温性能有着明显的效果。

低温环境下对锂电池充电或使用前,必须对电池进行预加热。电动汽车车载的电池管理系统(BMS)对电池加热的方式大体可分外部加热与内部加热两大类。外部加热方式有空气加热、液体加热、相变材料加热,以及热阻加热器或者热泵加热。这些加热方式一般位于电池包中,或者设置在热循环介质的容器中。内部加热法加热电池,则是通过交流电流激励电池内部电化学物质,使电池本身产生热量。

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