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鋰電池低溫性能怎么樣？
時間: 2018-11-06 14:22
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天冷了，原本能量滿滿的鋰電池，容量上都要打一個折扣，鋰電池似乎進入了冬眠狀態，這給新能源汽車以及數碼產品用戶帶來不小的煩惱。今天這篇文章關注的話題，就是低溫對鋰電
冬天，原本能量滿滿的鋰電池，容量上都要打一個折扣，鋰電池似乎進入了冬眠狀態，這給新能源汽車以及數碼產品用戶帶來不小的煩惱。今天這篇文章關注的話題，就是低溫對鋰電池的影響以及業界的研發進展情況。
鋰電池最怕是低溫？
在美國汽車協會進行的測試中，一輛電動汽車在75華氏度（約合24℃）時的續航里程為105英里（約合169公里），20華氏度（約合7℃）時候就會降至43英里（約合69公里）——下降幅度高達60%。電池與人有幾分相似之處，氣候轉冷后就不那么活躍，鉛蓄電池、鋰電池和燃料電池等都會受到低溫的影響，只是程度不同而已。
以電動客車上使用最多的磷酸鐵鋰電池為例，這種電池安全性高，單體壽命較長，但低溫性能比其他技術體系的電池略差。低溫對磷酸鐵鋰的正負極、電解液和粘接劑等都存在影響。比如，磷酸鐵鋰正極本身電子導電性比較差，低溫環境下容易產生極化，從而降低電池容量；受低溫影響，石墨嵌鋰速度降低，容易在負極表面析出金屬鋰，如果充電后擱置時間不足而投入使用，金屬鋰無法全部再次嵌入石墨內部，部分金屬鋰持續存在負極的表面，極有可能形成鋰枝晶，影響電池安全；低溫下，電解液黏度會增加，鋰離子遷移阻抗也會隨之增大；此外，在磷酸鐵鋰的生產工藝中，粘接劑也是一個非常關鍵的因素，低溫對粘接劑的性能也會產生較大影響。
同樣是鋰電池，鈦酸鋰電池的耐低溫性能則比較優異。尖晶石結構的鈦酸鋰負極材料嵌鋰電位約1.5V，不會形成鋰枝晶，在充放電過程中體積應變小于 1%。納米化的鈦酸鋰電池可大電流充放電，實現了低溫快充的同時又保障了電池的耐久性和安全性。比如，主打鈦酸鋰電池的銀隆新能源，其產品具備在-50-60℃的正常充放電能力。
盡管以石墨為負極的鋰離子電池可以在-40℃下放電，但要在-20℃及更低溫度下實現常規電流充電則比較困難，這也是業內正在積極探索的一個領域。
業內對耐低溫鋰電池的探索
業內企業及科研機構對電池耐低溫性能的探索和攻關，多著眼于對現有正負極材料的工藝改進，以及通過提高電池的局部環境溫度為電池在低溫下工作創造條件。
現在的電池材料在走向納米化，材料的粒徑、電阻力、AB平面軸長大小三方面會影響電池的低溫特性。東莞江能通過三種工藝制備磷酸鐵鋰材料，采用不同的工藝將其納米化和進行包覆，結果顯示，AB面軸長的增大使鋰離子遷移通道變大，這有利于提高電池的倍率性能；從三種工藝生產的材料來看，層間距大的顆粒石墨，本體阻抗和離子遷移阻抗比較小；電解液方面，沃特瑪在固定溶劑體系和鋰鹽基礎上，使用低溫添加劑，將放電容量從85%提高到90%。
8月31日，北京理工大學等科研團隊宣布全氣候電池產品研發成功。技術人員利用金屬絲通電生熱的原理，在電芯上加裝鎳箔片，鎳箔片通電產生熱量，使電池內部溫度升高。達到一定溫度后，箔片會自動斷開以保障電池安全。據了解，在-30℃的實驗環境，應用這項技術的電池，30秒即能快速升溫至0℃以上，放電功率提高6倍以上，充電功率則提高10倍以上。該團隊相關人員表示，該技術并不改變電池原有結構，且改造成本極低，適用于鉛酸電池、鋰電池等各類電池。據電池中國網了解，采用該技術的全氣候電動汽車將于2017年12月底發布，預計2020年完成4種車型共11輛產品樣車的開發，并開始示范運行。
據媒體報道，在9月20日落幕的2017年“創客中國”新疆創新創業大賽上，中科院新疆理化所博士王磊領銜開發的“全氣候鋰電池”奪得創客組一等獎，這種鋰電池可在-40℃~60℃的環境中穩定工作。目前，該團隊已完成了各種高低溫條件下的產品測試工作，即將進入商業化產品生產階段。
2017年9月19日，70輛搭載微宏MpCO鋰電池的12米氣電混合動力公交車正式在內蒙古包頭上線。該地區最低氣溫在-30℃以下，最高氣溫可達39℃，包頭選用微宏快充電池系統，正是考慮到微宏快充電池優異的環境適應性。
為何充電比放電更需要溫度？
細心的讀者可能會發現，許多企業的電池產品能夠實現低溫下正常放電，但在同樣的溫度下，實現正常充電就比較吃力，甚至無法充電，為何？
據業內人士解釋，Li+嵌入石墨材料時，首先要去溶劑化，這個過程會消耗一定能量，阻礙了Li+擴散到石墨內部；相反，Li+在脫出石墨材料進入到溶液中時，會有一個溶劑化過程，而溶劑化不消耗能量，Li+可以快速脫出石墨。因此，石墨材料的充電接受能力要明顯遜色于放電接受能力。
低溫環境下，電池充電有一定的風險。因為隨著溫度的降低，石墨負極的動力學特性進步一變差，充電過程中，負極的電化學極化明顯加劇，析出的金屬鋰容易形成鋰枝晶，穿破隔膜并導致正負極短路。
因此東莞江能建議，盡量避免鋰離子電池在低溫下充電。當電池必須在低溫下充電時，需要盡可能選擇小電流（即慢充）對鋰離子電池進行充電，并在充電后對鋰離子電池進行充分擱置，從而保證負極析出的金屬鋰能夠與石墨反應，重新嵌入到石墨負極內部。
當然了，鈦酸鋰電池有著材料上的優勢，它在低溫下仍然可以實現快充，這種任性，其他材料電池很難學來。
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