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      溫度變化對鋰電池充放電有何影響

      來源:恒帝 瀏覽量:15107 次 發(fā)布日期:2019-11-13

      一般電池行業(yè)的人都知道,鋰電池的充放電狀態(tài)是否穩(wěn)定,溫度的變化起到了很大的影響因素,鋰電池在高溫和低溫環(huán)境下充放電,鋰電池的容量保持率就有所下降,在所有的環(huán)境因素中,溫度對鋰電池的充放電性能影響最大,在電極/電解液界面上的電化學(xué)反應(yīng)與環(huán)境溫度有關(guān),電極/電解液界面被視為電池的心臟。如果溫度下降,電極的反應(yīng)率也下降,假設(shè)電池電壓保持不變,放電電流降低,鋰電池的功率輸出也會下降。如果溫度上升則相反,即電池輸出功率會上升,溫度也影響電解液的傳送速度溫度上升則加快,傳送溫度下降,傳送減慢,電池充放電性能也會受到影響。但溫度太高,超過45℃鋰離子電池越來越廣泛地應(yīng)用到人們的生產(chǎn)生活當(dāng)中,這使得它的溫度環(huán)境成為關(guān)注的要點(diǎn),相對來說,鋰電池更容易在高溫環(huán)境下產(chǎn)生安全問題,因此,必須對鋰電池進(jìn)行高溫性能的測試,并與其常溫測試數(shù)據(jù)相比較。

      溫度的變化直接影響了鋰電池的放電性能和放電出來的容量大小。溫度降低,電池內(nèi)阻加大,電化學(xué)反應(yīng)速度放慢,極化內(nèi)阻迅速增加,電池放電容量和放電平臺下降,影響電池功率和能量的輸出。對于鋰離子電池,低溫條件下放電容量急劇下降,但在高溫情況下放電容量并不比常溫低,有時還會略高于常溫容量,主要是高溫情況下鋰離子遷移速度加快,鋰電極不像鎳電極和和貯氫電極那樣在高溫情況下產(chǎn)生分解或形成氫氣使容量下降。電池模塊低溫放電時,隨著放電的進(jìn)行,由于電阻等原因產(chǎn)生熱量,使電池溫度升高,表現(xiàn)為電壓有抬升現(xiàn)象,隨著放電的進(jìn)行,電壓再逐漸下降。

      目前鋰電池行業(yè)還沒有明確的理論支撐其各溫度性能下的內(nèi)阻、放電平臺、壽命、容量等必然聯(lián)系,相關(guān)的計算公式和數(shù)學(xué)模型還在摸索階段。在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)證明下,鋰電池對0-40℃這個區(qū)間的溫度并不敏感,如果在充放電時溫度變化低于0℃或者高于40℃,鋰電池的循環(huán)壽命和容量就會低于正常數(shù)值,溫度超出的范圍越大,容量與壽命就較少的越多。打個比方:一到了冬天特別是北方較寒冷的地區(qū),手機(jī)電池電量使用的時間要比夏天短很多,這就是與溫度變化有關(guān),并不是手機(jī)電池不耐用的原因。

      不同材料鋰電池的低溫性能也有區(qū)別,舉個例子磷酸鐵鋰是低溫性能最差的,我們恒帝電池研發(fā)的磷酸鐵鋰電池在-10℃時放出容量為最大容量的89%,應(yīng)該在業(yè)內(nèi)已經(jīng)是比較高的;在55℃下放出容量可達(dá)到95%,相對低溫的衰減還是比較少的。但是錳酸鋰、鈷酸鋰和三元產(chǎn)品的低溫性能要好一些,但是也有限;而犧牲的是高溫性能?,F(xiàn)在業(yè)內(nèi)吹磷酸鐵鋰安全性能高,高溫性能好,其實(shí)是電池活性沒有上述三種高,相對安全一些。整體性能還是不如錳鋰或三元的。一到了冬天特別是北方較寒冷的地區(qū),手機(jī)電池電量使用的時間要比夏天短很多。

      鋰離子電池越來越廣泛地應(yīng)用到人們的生產(chǎn)生活當(dāng)中,這使得它的溫度環(huán)境成為關(guān)注的要點(diǎn),相對來說,鋰電池更容易在高溫環(huán)境下產(chǎn)生安全問題,因此,必須對鋰電池進(jìn)行高溫性能的測試,并與其常溫測試數(shù)據(jù)相比較。

      測試條件:選擇兩只恒帝電池生產(chǎn)的聚合物鋰電池603048-950mAh方形鋰電池,分別在25℃(常溫)和60℃(高溫)下進(jìn)行。

      充放電制度設(shè)計:適用恒流恒壓充電和恒流放電制度。充電終止電壓為4.2V,放電終止電壓為3.0V。首先以1C即950mA充電至4.2V,再以4.2V恒壓充電直至截止電流到20mA;然后以950mA恒流放電至3.0V,如此循環(huán)充放電300次。

      這里截取三個節(jié)點(diǎn):即第50次、150次、300次充放電循環(huán)

      一、在前50次循環(huán)過程中:
      1、25℃下的表現(xiàn):容量衰減過程略有起伏,但并非線性,50次后的放電容量保持在96.6%;
      2、60℃下的表現(xiàn):容量衰減過程接近于線性,50次后的放電容量保持在95.5%。

      這說明,在50次以內(nèi)較少的循環(huán)時,高溫循環(huán)穩(wěn)定性略差于常溫循環(huán)穩(wěn)定性。但這里有一個很重要的現(xiàn)象,即鋰電池在高溫條件下放出的電量高于電池的額定容量,這里的原因在于,高溫時電解質(zhì)的黏度降低,從而加快了鋰離子的遷移速度,這時,不但放電容量高于額定容量,而且充入的電量更高。

      二、在前150次循環(huán)過程中:
      1、60℃下放出的容量每次都大于25℃時放出的容量;
      2、60℃下初始容量為1020mAh,高于額定容量,25℃下初始容量為930mAh ,但60℃時容量衰減較快。

      三、300次循環(huán)后的狀態(tài):這時,常溫狀態(tài)下的指標(biāo)全面優(yōu)化,在保持較慢的容量衰減速度時,其容量可以保持在800mAh,而60℃時只有730 mAh。此時,60℃下的充放電電壓平臺越來越低,而常溫下幾乎不變。

      上述容量衰減的表現(xiàn)還可以從鋰電池充電在不同溫度下的電量補(bǔ)充情況進(jìn)行佐證:在25℃下經(jīng)過300次循環(huán)后,其恒流充電和恒壓充電的比例變化不大,但在60℃時,恒流充電所獲得的電量補(bǔ)充逐漸減少,而恒壓階段獲得的電量顯著增加。這是由于電池極化現(xiàn)象引起的。

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