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鋰電池充放電性能受溫度變化影響的大小

一般電池行業(yè)的人都知道,鋰電池充放電性能好壞受溫度變化影響有很大的關(guān)系,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,溫度越低,能放出的電量越小,甚至無(wú)法放電。在影響鋰電池充放電性能的所有環(huán)境因素中,溫度變化的影響最大,在電極/電解液界面上的電化學(xué)反應與環(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(huì )下降。如果溫度上升則相反,即電池輸出功率會(huì )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(huì )受到影響。但溫度太高,超過(guò)45℃鋰離子電池越來(lái)越廣泛地應用到人們的生產(chǎn)生活當中,這使得它的溫度環(huán)境成為關(guān)注的要點(diǎn),相對來(lái)說(shuō),鋰電池更容易在高溫環(huán)境下產(chǎn)生安全問(wèn)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(lái)的容量大小。溫度降低,電池內阻加大,電化學(xué)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(shí)還會(huì )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(shí),隨著(zhù)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,表現為電壓有抬升現象,隨著(zhù)放電的進(jìn)行,電壓再逐漸下降。

目前鋰電池行業(yè)還沒(méi)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(lián)系,相關(guān)的計算公式和數學(xué)模型還在摸索階段。在實(shí)際的實(shí)驗證明下,鋰電池對0-40℃這個(gè)區間的溫度并不敏感,如果在充放電時(shí)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(huì )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(gè)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(shí)間要比夏天短很多,這就是與溫度變化有關(guān),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(gè)例子磷酸鐵鋰電池是低溫性能最差的,我們恒帝電池研發(fā)的磷酸鐵鋰電池在-10℃時(shí)放出容量為最大容量的89%,應該在業(yè)內已經(jīng)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(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在業(yè)內吹磷酸鐵鋰安全性能高,高溫性能好,其實(shí)是電池活性沒(méi)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(shí)間要比夏天短很多。

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

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(gè)節點(diǎn):即第50次、150次、300次充放電循環(huán)。

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

這說(shuō)明,在50次以?xún)容^少的循環(huán)時(shí),高溫循環(huán)穩定性略差于常溫循環(huán)穩定性。但這里有一個(gè)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(shí)電解質(zhì)的黏度降低,從而加快了鋰離子的遷移速度,這時(shí),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(guò)程中:
1、60℃下放出的容量每次都大于25℃時(shí)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(shí)容量衰減較快。

三、300次循環(huán)后的狀態(tài):這時(shí),常溫狀態(tài)下的指標全面優(yōu)化,在保持較慢的容量衰減速度時(shí),其容量可以保持在800mAh,而60℃時(shí)只有730 mAh。此時(shí),60℃下的充放電電壓平臺越來(lái)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(jìn)行佐證:在25℃下經(jīng)過(guò)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(shí),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(zhù)增加。這是由于電池極化現象引起的。

上面所說(shuō)的事對于普通常規溫度工作下的鋰電池來(lái)說(shuō)的,隨著(zhù)鋰電池技術(shù)的發(fā)展,現在已經(jīng)有了專(zhuān)門(mén)用于低溫環(huán)境下的低溫鋰電池,即使在﹣40℃或更低的溫度下,也可以保持良好的有效充放電容量。如下面格瑞普電池生產(chǎn)制造的專(zhuān)門(mén)用于低溫環(huán)境下的低溫電池性能參數:

超低溫鋰聚合物電池特點(diǎn)

●低溫放電性能高:最低在-50℃以0.2C放電,效率60%以上;在-40℃環(huán)境下,以0.2C放電,放電能力達80%;

●優(yōu)良的低溫循環(huán)性能:在-30℃環(huán)境以0.5C充放電,300次循環(huán)后容量保持在85%以上;

●工作溫度范圍寬:-50°C至50°C;

●與傳統鋰聚合物電池相比,突破了-20℃~ 60℃的放電溫度限制。

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