影響鋰電池低溫性能的因素有哪些

隨著天氣越來越?jīng)觯【幇l(fā)現(xiàn)電動(dòng)車加速起來特別慢，而且續(xù)航里程也大大縮短。根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)可知，在0℃以下鋰離子電池的輸出性能受影響，在-20℃以下的低溫時(shí)電池的性能均有明顯的惡化，在-40℃電池只能放出額定容量的30%甚至更低。市場上選用電動(dòng)車的車主越來越多，不可避免地面臨如何保養(yǎng)電池、如何讓電動(dòng)車更加持久耐用的問題。電動(dòng)車的續(xù)航歸根結(jié)底是鋰電池的問題，電池內(nèi)部哪些材料對電池低溫性能有關(guān)鍵性影響呢？

一、正極材料

正極材料作為動(dòng)力來源是影響鋰電池低溫性能的主要參數(shù)之一，目前市場上主流的材料體系是三元材料和磷酸鐵鋰材料，兩種材料相比三元的低溫性能更佳。磷酸鐵鋰低溫性能差主要是因?yàn)槠洳牧媳旧頌榻^緣體，電子導(dǎo)電率低，鋰離子擴(kuò)散性差，低溫下導(dǎo)電性差，使得電池內(nèi)阻增加，所受極化影響大，電池充放電受阻，因此低溫性能不理想。低溫下鋰離子在正負(fù)極間的嵌入/脫出受材料影響大，三元材料具有層狀結(jié)構(gòu)，材料擴(kuò)散系數(shù)高，更利于鋰離子的嵌入/脫出。

材料的結(jié)構(gòu)、粒徑及材料的類型對電池的低溫性能影響較大。正極材料顆粒度小、比表面積大有利于低溫性能的發(fā)揮，顆粒度小則相應(yīng)的鋰離子擴(kuò)散路徑短，所受的極化小，同時(shí)電解液也容易附著在原始顆粒表層，減少濃差極化；粒度大則鋰離子擴(kuò)散的路徑長，在電池工作放電時(shí)鋰離子從負(fù)極到正極的擴(kuò)散來不及補(bǔ)償從負(fù)極流入正極的電子，從而造成正極中電子過量，使得電極電位負(fù)移，造成放電電壓平臺(tái)變低。

除了材料本身性質(zhì)之外，正極漿料中導(dǎo)電劑的分散情況、粘接性能以及極片面密度、活物質(zhì)密度等參數(shù)也對低溫性能有重要影響。導(dǎo)電劑分散均勻，沒有團(tuán)聚，可以提高鋰離子電池的電導(dǎo)率，減小鋰離子電池的歐姆內(nèi)阻，有利于提高電池的充放電性能。面密度越大，離子擴(kuò)散距離和所受阻力也會(huì)增大，電極表面與電解液接觸的固液界面到集流體的距離增加，在鋰離子脫嵌時(shí)為保持電極電荷平衡同時(shí)遷移的電子在兩者間傳遞的阻力也增大，使得電極電位與平衡電位的偏差程度更大，電池極化增大，其低溫性能自然也不甚好。

二、電解液

電解液的材質(zhì)及物化參數(shù)對電池低溫性能有重要影響。電池低溫下循環(huán)面臨的問題是，電解液粘度增大，離子傳導(dǎo)速度變慢，與外電路電子遷移速度不匹配，電池出現(xiàn)嚴(yán)重極化，充放電容量出現(xiàn)急劇降低。尤其是在低溫充電的情況下，鋰離子很容易在負(fù)極表面形成鋰枝晶，導(dǎo)致電池失效。

電解液的低溫性能與電解液自身電導(dǎo)率的大小密切相關(guān)，電導(dǎo)率大的傳輸離子快，低溫下能發(fā)揮出更多的容量。電解液中的鋰鹽解離的越多，遷移數(shù)目就越多，電導(dǎo)率就越高。電導(dǎo)率高，離子傳導(dǎo)速率越快，所受極化就越小，在低溫下電池的性能表現(xiàn)越好。因此較高的電導(dǎo)率是實(shí)現(xiàn)鋰離子蓄電池良好低溫性能的必要條件。

電解液的電導(dǎo)率與電解液的組成成分有關(guān)，減小溶劑的粘度是提高電解液電導(dǎo)率的途徑之一。溶劑低溫下溶劑良好的流動(dòng)性是離子運(yùn)輸?shù)谋Ｕ?，而低溫下電解液在?fù)極所形成的固體電解質(zhì)膜也是影響鋰離子傳導(dǎo)的關(guān)鍵。因此，提高電解液低溫下的電導(dǎo)率可以從以下兩點(diǎn)著手：1.溶液低凝固點(diǎn)，2.低內(nèi)阻的SEI 膜。

三、隔膜

隔膜對鋰電池低溫性能的影響主要考慮其不同溫度下電阻大小對電池性能的影響?？讖降拇笮﹄姵匦阅苡兄苯拥挠绊懀讖教?huì)增大電池內(nèi)阻，孔徑太大則容易使正負(fù)極直接接觸或易被鋰枝晶刺穿造成電池短路。合適的孔隙率對隔膜及電池的性能發(fā)揮尤為重要：隔膜的孔隙率若太小，隔膜透氣性能差，電解液吸附能力弱，電導(dǎo)率低?？紫堵侍撸m然透氣性能和電解液吸附能力明顯改善，但對應(yīng)的收縮率和抗穿刺能力變差。

除了以上列舉的材料之外，影響鋰電池低溫性能的因素還有電池生產(chǎn)工藝、化成制度、老化制度等。從降低內(nèi)阻，減少鋰電池低溫極化方面著手可以提高鋰電池的低溫循環(huán)性能。同時(shí)在此提醒廣大車友，冬天低溫充電不可取，有條件的在自家車庫內(nèi)充電，不常使用的可以充一半電放置，不要過充過放電池。