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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:1472 次 發布日期:2019-11-13

      一般電池行業的人都知道,鋰電池的充放電狀態是否穩定,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境下充放電,鋰電池的容量保持率就有所下降,在所有的環境因素中,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反應與環境溫度有關,電極/電解液界面被視為電池的心臟。如果溫度下降,電極的反應率也下降,假設電池電壓保持不變,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用到人們的生產生活當中,這使得它的溫度環境成為關注的要點,相對來說,鋰電池更容易在高溫環境下產生安全問題,因此,必須對鋰電池進行高溫性能的測試,并與其常溫測試數據相比較。

      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,電池內阻加大,電化學反應速度放慢,極化內阻迅速增加,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,隨著放電的進行,由于電阻等原因產生熱量,使電池溫度升高,表現為電壓有抬升現象,隨著放電的進行,電壓再逐漸下降。

      目前鋰電池行業還沒有明確的理論支撐其各溫度性能下的內阻、放電平臺、壽命、容量等必然聯系,相關的計算公式和數學模型還在摸索階段。在實際的實驗證明下,鋰電池對0-40℃這個區間的溫度并不敏感,如果在充放電時溫度變化低于0℃或者高于40℃,鋰電池的循環壽命和容量就會低于正常數值,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,手機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,并不是手機電池不耐用的原因。

      不同材料鋰電池的低溫性能也有區別,舉個例子磷酸鐵鋰是低溫性能最差的,我們恒帝電池研發的磷酸鐵鋰電池在-10℃時放出容量為最大容量的89%,應該在業內已經是比較高的;在55℃下放出容量可達到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在業內吹磷酸鐵鋰安全性能高,高溫性能好,其實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,手機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用到人們的生產生活當中,這使得它的溫度環境成為關注的要點,相對來說,鋰電池更容易在高溫環境下產生安全問題,因此,必須對鋰電池進行高溫性能的測試,并與其常溫測試數據相比較。

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

      充放電制度設計: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,如此循環充放電300次。

      這里截取三個節點:即第50次、150次、300次充放電循環。

      一、在前50次循環過程中:
      1、25℃下的表現: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: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次以內較少的循環時,高溫循環穩定性略差于常溫循環穩定性。但這里有一個很重要的現象,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次循環后的狀態:這時,常溫狀態下的指標全面優化,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還可以從鋰電池充電在不同溫度下的電量補充情況進行佐證:在25℃下經過300次循環后,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象引起的。

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