鋰電池低溫性能受什么因素限制

來源：存能電氣  日期：2019-09-10 09:42  瀏覽量：次

　　鋰電池低溫性能受什么因素限制？鋰電池在低溫環(huán)境下使用受到限制，除了因為放電容量會嚴(yán)重衰退外，低溫下也不能對鋰電池進(jìn)行充電。低溫充電時，電池石墨電極上的鋰離子的嵌入和鍍鋰反應(yīng)是同時存在的且相互競爭。

　　鋰電池低溫性能受什么因素限制？

　　一、正極材料

　　正極材料作為動力來源是影響鋰電池低溫性能的主要參數(shù)之一，目前市場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為其材料本身為絕緣體，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。

　　二、材料的結(jié)構(gòu)、粒徑及材料的類型

　　面密度越大，離子擴(kuò)散距離和所受阻力也會增大，電極表面與電解液接觸的固液界面到集流體的距離增加，在鋰離子脫嵌時為保持電極電荷平衡同時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。

　　三、電解液

　　電解液的材質(zhì)及物化參數(shù)對鋰電池低溫性能有重要影響。電池低溫下循環(huán)面臨的問題是，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)致鋰電池失效。

　　四、SEI膜

　　低溫環(huán)境下，鋰電池負(fù)極的SEI膜增厚，SEI膜阻抗增大導(dǎo)致鋰離子在SEI膜中的傳導(dǎo)速率降低，最終鋰離子電池在低溫環(huán)境下充放電形成極化降低充放電效率。

　　制約鋰離子電池低溫性能的因素

　　低溫環(huán)境下，電解液的黏度增大，甚至部分凝固，導(dǎo)致鋰離子電池的導(dǎo)電率下降。

　　低溫環(huán)境下電解液與負(fù)極、隔膜之間的相容性變差。

　　低溫環(huán)境下鋰離子電池的負(fù)極析出鋰嚴(yán)重，并且析出的金屬鋰與電解液反應(yīng)，其產(chǎn)物沉積導(dǎo)致固態(tài)電解質(zhì)界面厚度增加。

　　低溫環(huán)境下鋰離子電池在活性物質(zhì)內(nèi)部擴(kuò)散系統(tǒng)降低，電荷轉(zhuǎn)移阻抗（Rct）顯著增大。

　　鋰電池低溫造成的影響

　　1.低溫下電解液的粘度增大，電導(dǎo)率降低；

　　2.電解液/電極界面膜阻抗和電荷轉(zhuǎn)移阻抗增大；

　　3.鋰離子電池在活性物質(zhì)本體中的遷移速率降低.由此造成低溫下電極極化加劇，充放電容量減小。

　　另外，低溫充電過程中尤其是低溫大倍率充電時，負(fù)極將出現(xiàn)鋰金屬析出與沉積，沉積的金屬鋰易與電解液發(fā)生不可逆反應(yīng)消耗大量的電解液，同時使SEI膜厚度進(jìn)一步增加，導(dǎo)致鋰電池負(fù)極表面膜的阻抗進(jìn)一步增大，電池極化再次增強，最將會極大破壞鋰電池的低溫性能、循環(huán)壽命及安全性能。

　　目前多因素影響著鋰電池的低溫性能，如正極的結(jié)構(gòu)、鋰離子在電池各部分的遷移速率、SEI膜的厚度及化學(xué)成分以及電解液中鋰鹽和溶劑的選擇等。因此，改善鋰離子電池低溫性質(zhì)具有重大意義。