太阳能路灯锂离子电池低温下可以正常使用吗

低温下太阳能路灯锂离子电池容量发挥不好，会受到影响，随着温度越低，实际表现出来的容量越低。正规产品，在-20℃的情况下，发挥出的容量相当于常温环境下的60~75%（非正规锂离子电池可能更低）。

锂离子电池低温放电只是实际放出容量的大小，最关键的是锂离子电池不适宜在0℃以下充电，这是致命的，否则会有较大的安全隐患！因此，在高寒地区的路灯锂离子电池或者采用地埋式，或者新增温控系统，不适合简单的杆挂处理！

目前公司的太阳能路灯重要使用的是锂离子电池，重要原因有：

1、铅酸电池使用效果大大不如锂离子电池。在电池容量、稳定性等方面锂离子电池稳占优势。

2、最重要的原因是铅酸电池污染十分严重，国家已经明令禁止使用该类电池，吉星光电积极响应国家政策，研发使用锂离子电池作为新型太阳能路灯电池，解决了这个难题。

3、锂离子电池体积要小，便于安装，携带，性能稳定，不会像其他电池那样，遭受剧烈撞击，容易出事故。现在锂离子电池可以放在路灯灯头背部或者电池板背部很方便。容量是锂离子电池最重要的参数之一，它的大小随着温度变化的曲线如下图所示，下图是一款磷酸铁锂离子电池的放电曲线。磷酸铁锂离子电池，充电终止电压为3.650.05Ｖ，放电终止电压为２0.05Ｖ，两条曲线，是电池分别按照0.1C和0.3C在不同温度下进行放电，得到的温度容量曲线。非常明显的，容量随着温度的升高逐渐上升-20℃的容量只相当于15℃容量的60％左右。除了容量，随着温度降低的还有电池开路电压。我们都了解，电池中包含能量是容量与端电压的乘积，当两个乘数都下降时，电池内的能量一定是两者下降效果的叠加。

低温下正极材料活性降低，使得能够发生移动带来放电电流的锂离子数量下降，是容量下降的根本原因。

不同温度和放电倍率下裡电池放电容量

２.低温对电池内阻的影响

锂离子电池温度与电阻的关系，如下图所示。不同的曲线代表电池自身不同的荷电量。任何一个荷电量下，电池内阻都随着温度的降低而明显升高，荷电量越低的电芯，内阻越大，并且这个趋势也随着温度的变化而保持不变。

低温下，正负极材料中，带电离子的扩散运动能力变差，穿越电极与电解液的钝化膜变得困难，在电解液中传递的速度也降低，并且在传递过程中还会额外出现很多热量。锂离子到达负极以后，在负极材料内部的扩散也变得不顺畅。全部的过程，带电离子的运动都变得困难重重，在外部看来，就是电芯的内阻升高了。

内阻与ＳＯＣ、温度之间关系

３.低温对电池充放电效率的影响

下面的曲线，是充电效率跟随温度变换的曲线。我们可以观察到，-20℃下的充电效率只有15℃时候的65%。这里只说效率，低温充电的危害非常严重，这里不展开讨论。低温带来了前文中描述的种种电化学层面性能的变化，内阻显著新增。放电过程中，大量的电能消耗在内阻发热上面。我们观察到的库伦效率下降了。电动汽车行驶过程中，就会感觉到，看起来差不多的电量，低温下续航变短了。

4锂离子电池内部副反应

低温下锂离子电池性能退化严重，同时在锂离子电池充放电过程中会有一些副反应发生。这些副反应中重要是锂离子与电解液不可逆的反应，会造成锂离子电池容量衰退，使电池性能进一步恶化。

导电活性物质的消耗，造成容量衰减。考虑到电池中正负两个电极的电位，相比于正极这些副反应更加有可能发生在负极侧。因为负极材料电势比正极材料电势要低得多，离子和电解质溶剂出现副反应的沉积物沉积在了电极表面，形成SEI膜。SEI膜的阻抗是引起负极反应过电势的一个因素之一。当电池进一步循环老化后，由于持续循环中锂离子在负极上不断地嵌入与脱出，引起的电极膨胀和收缩会使得SEI膜破裂。SEI膜破裂后的裂缝供应了电解液与电极直接接触通道，从而形成新的SEI膜填补了裂缝也新增了SEI膜厚度。这些反应过程随着电池不断地充放电而不断重复发生，使得锂离子在反应中不断减少，导致锂离子电池放电容量的衰退。

充电时，活性物质表面形成的沉积物，新增了电阻。降低了活性粒子的有效表面积，新增了离子电阻。锂离子电池的可用容量和能量同时发生衰退。锂离子电池在充电过程中更容易发生副反应。锂离子电池充电开始时，锂离子通过电解液向负极运动，所以电极和电解液之间的电位差减少，使得锂离子与电解液中的物质更易发生不可逆的副反应。锂离子电池电极材料的不同，它的电势与电极材料嵌锂浓度分数的关系曲线也不同。

5锂离子电池低温预热技术

面对低温下锂离子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，但对提高锂离子电池的放电能力和长期寿命都有明显效果。

低温环境下对锂离子电池充电或使用前，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，使电池本身出现热量。

外部加热

有关用空气加热的方式，有研究人员利用电池与一套大气模拟系统进行了实验，实验结果表明，相关于裸露在低温环境中的电池，周围空气被加热的电池能够放出更多的容量。

比起空气加热，液体加热具有更好的导热率与更高的热转化效率。但是液体加热要更复杂的加热系统。液体加热在电动汽车与混合动力汽车中的应用已经有不少实际案例。比如：在雪佛兰Volt汽车中，环绕电池组热交换液，由360V的加热器加热。

相变材料加热电池也已经被使用。当电池温度降到相变材料的相变温度点之后，相变材料储存的热量会被释放出来，保持环境温度恒定，也就是向电池组传递热量。相变材料的重要优势在于其可以用在温度变化较迅速的环境中。

内部加热

交流激励加热，相比于外部加热来说，另外一种常用的加热方法，结构设计上会比较简单，就是通过交变的电流加热电池。它不要进行传热结构的设计，只是在电池正负极加载一定频率的交流激励，激励用途在电池内部电化学物质上，相当于循环往复小幅值充放电的效果。

与直流加热电流相比，交流电流或正负方波电流在放电和充电周期内都可以加热电池，使得电池温度上升，而电池荷电状态(SOC)基本上是不变的。由于这些特性，交流内部预热方法成为一个研究较多的领域。2004年，国外一个研究者率先提出使用交变的电流直接对锂离子电池加热，仅仅利用电池内部的电阻效应产热。他们对不同的SOC状态下和不同温度下（-20℃~40℃）的不同的电池做了一些测试。测试结果表明，在一定倍率的电流下，所有电池都会快速产热。

美国一个团队对加热频率对加热效果的影响进行了研究，他们在0.01Hz到2KHz不同频率下做了仿真，并将结果与外部加热方式做了比较，认为内部加热具有明显的优势。