制约锂离子电池低温性能的因素有哪些?

来源:锂电池厂家   发布时间:2020-07-27 16:40:36  阅读数:

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锂离子电池主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液组成。低温环境下的锂离子电池具有放电电压平台下降、放电容量低、容量衰减快、倍率性能差的特点。制约锂离子电池低温性能的因素主要有以下几点:

◆正极结构

阴极材料的三维结构限制了锂离子的扩散速率,尤其是在低温下。锂离子电池负极材料包括商用磷酸铁锂、镍钴锰三元材料、锰酸锂、钴酸锂等。并且还包括高压阴极材料,例如镍锰酸锂、磷酸铁锰锂、磷酸钒锂等。

不同的阴极材料具有不同的三维结构。目前,磷酸铁锂、镍钴锰三元材料和锰酸锂主要用作电动汽车动力电池的负极材料。

吴文迪等研究了-20℃下磷酸铁锂电池和镍钴锰三元电池的放电性能,发现-20℃下磷酸铁锂电池的放电容量只能达到常温容量的67.38%,而镍钴锰三元电池的放电容量可以达到70.1%。杜晓丽等人发现,锰酸锂电池在-20℃时的放电容量可以达到常温时的83%。

◆高熔点溶剂

由于电解液混合溶剂中存在高熔点溶剂,锂离子电池电解液的粘度在低温下会增加,当温度过低时,电解液会发生凝固,导致锂离子在电解液中的传输速率降低。

◆锂离子扩散速率

锂离子在石墨阳极中的扩散速率在低温下降低。翔宇系统研究了石墨阳极对锂离子电池低温放电性能的影响,提出了锂离子电池在低温环境下电荷迁移阻抗的增加导致锂离子在石墨阳极中扩散速率的降低,是影响锂离子电池低温性能的重要原因。

◆SEI膜

在低温下,锂离子电池负极的SEI膜增厚,SEI膜阻抗的增加导致SEI膜中锂离子的导电率降低。最后,锂离子电池在低温下充电和放电,形成极化,这降低了充电和放电效率。

总结

目前,影响锂离子电池低温性能的因素很多,如正极的结构、锂离子在电池各部分的迁移速率、SEI膜的厚度和化学组成、电解液中锂盐和溶剂的选择等。

低温性能限制了锂离子电池在电动汽车、军事工业和极端环境中的应用,市场迫切需要开发具有优异低温性能的锂离子电池。

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