安电能源解析冬天为什么锂电池容量会变低

锂离子电池自从进入市场以来,以其寿命长、比容量大、无记忆效应等优点,获得了广泛的应用。锂离子电池低温使用存在容量低、衰减严重、循环倍率性能差、析锂现象明显、脱嵌锂不平衡等问题。然而,随着应用领域不断拓展,锂离子电池的低温性能低劣带来的制约愈加明显。


据报道,在-20℃时锂离子电池放电容量只有室温时的31.5%左右。传统锂离子电池工作温度在-20~+55℃之间。但是在航空航天、军工、电动车等领域,要求电池能在-40℃正常工作。因此,改善锂离子电池低温性质具有重大意义。


制约锂离子电池低温性能的因素

低温环境下,电解液的黏度增大,甚至部分凝固,导致锂离子电池的导电率下降。

低温环境下电解液与负极、隔膜之间的相容性变差。

低温环境下锂离子电池的负极析出锂严重,并且析出的金属锂与电解液反应,其产物沉积导致固态电解质界面(SEI)厚度增加。

低温环境下锂离子电池在活性物质内部扩散系统降低,电荷转移阻抗(Rct)显著增大。

对于影响锂离子电池低温性能决定性因素的探讨


专家观点一:电解液对锂离子电池低温性能的影响最大,电解液的成分及物化性能对电池低温性能有重要影响。电池低温下循环面临的问题是:电解液粘度会变大,离子传导速度变慢,造成外电路电子迁移速度不匹配,因此电池出现严重极化,充放电容量出现急剧降低。尤其当低温充电时,锂离子很容易在负极表面形成锂枝晶,导致电池失效。

电解液的低温性能与电解液自身电导率的大小关系密切,电导率大电解液的传输离子快,低温下可以发挥出更多的容量。电解液中的锂盐解离的越多,迁移数目就越多,电导率就越高。电导率高,离子传导速率越快,所受极化就越小,在低温下电池的性能表现越好。因此较高的电导率是实现锂离子蓄电池良好低温性能的必要条件。  

电解液的电导率与电解液的组成成分有关,减小溶剂的粘度是提高电解液电导率的途径之一。溶剂低温下溶剂良好的流动性是离子运输的保障,而低温下电解液在负极所形成的固体电解质膜也是影响锂离子传导的关键,且RSEI为锂离子电池在低温环境下的主要阻抗。

专家二:限制锂离子电池低温性能的主要因素是低温下急剧增加的Li+扩散阻抗,而并非SEI膜。

锂离子电池正极材料的低温特性

层状结构正极材料的低温特性

层状结构,既拥有一维锂离子扩散通道所不可比拟的倍率性能,又拥有三维通道的结构稳定性,是最早商用的锂离子电池正极材料。其代表性物质有LiCoO2、Li(Co1-xNix)O2和Li(Ni,Co,Mn)O2等。

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