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提高锂离子电池低温性能的秘诀

来源:钜大LARGE    2019-09-11    点击量:85

提高锂离子电池低温性能的秘诀。低温会导致锂离子电池电性能下降,甚至会导致锂离子电池无法使用,低温充电更会导致锂枝晶的产生,为了提高锂离子电池的低温性能,广大的科研工作者提出了多种措施。


提高锂离子电池低温性能的秘诀


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。


锂离子电池低温性能的提升关键在于电解液低温性能的提升,常规的商业锂离子电池电解液在低温下粘度会快速增加。因此提升锂离子电池低温性能的关键在于提高电解液的低温性能。


电解质盐是电解液的重要组成之一,也是获得优良低温性能的关键因素。目前,商用电解质盐是六氟磷酸锂,形成的SEI膜阻抗较大,导致其低温性能较差,新型锂盐的开发迫在眉睫。四氟硼酸锂阴离子半径小,易缔合,电导率较LiPF6低,但是低温下电荷转移阻抗小,作为电解质盐具有良好的低温性能。


通过优化SEI膜的组成及成膜条件,提高SEI膜在低温下的离子导电性有利于电池低温性能的提高,因此开发低温性能优异的成膜添加剂是目前的研究热点。


低温对锂离子电池的影响


锂离子电池作为绿色环保能源已经广泛应用于各种领域,但是较差的低温性能使其在航空、航天和军事等特殊领域的应用受到限制。一般当温度降至一10℃时,锂离子电池的放电容量和工作电压都会降低。


众所周知温度对锂离子电池的性能有着十分重要的影响,温度过低时由于电解液粘度的增加,SEI膜阻抗增大,石墨负极动力学性能变差,会导致电池的电化学极化增加,极大的降低电池放电能力,例如一辆在23.9℃下能够行驶105英里的电动汽车,在-6.7℃下仅能行驶60英里左右。


同时低温充电是十分危险的,会导致锂枝晶的产生,引发严重的安全问题。


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。


普遍认为,使用电解质添加剂是提高锂离子电池性能最经济和最有效的方法。


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