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浅谈温度对磷酸铁锂电池性能的影响

来源:英亚体育app 作者:英亚体育app官网 发布日期:2022-09-29 12:26:17   浏览量:4

  锂离子电池具有工作电压高(是镍氢、镍镉电池的3倍)、比能大(可达165Wh/kg,是镍氢电池的3倍)、体积小、质量轻、循环寿命长、自放电低、无记忆效应、无污染等众多优点。在新能源行业磷酸铁锂电池被看好,电池循环寿命可达到3000次左右,放电稳定,被广泛应用在动力电池和储能等领域。但其推广的速度及应用领域广度、深度却不尽如意。阻碍其快速推广的因素除了价格、电池材料自身引起的批次一致性等因素外,其温度性能也是重要因素。此文考察了温度对磷酸铁锂电池性能的影响,同时考察了电池组在高低温情况下的充放电情况。

  磷酸铁锂电池受温度影响很大,需要对电池进行热管理才能提高电池的使用效率。在新能源行业磷酸铁锂电池被看好,电池循环寿命可达到3000次左右,放电稳定,被广泛应用在动力电池和储能等领域。

  磷酸铁锂电池充电是锂离子从正极脱出经过电解液迁移嵌入负极材料的过程,锂离子向负极聚合,由六个碳原子俘获一个锂离子。在低温下,化学反应活性降低,同时锂离子迁移变慢,在负极表面的锂离子还没有嵌入到负极中已经先还原成金属锂,并在负极表面沉淀析出形成锂枝晶,这容易刺穿隔膜造成电池内短路,进而损坏电池,造成安全事故。

  磷酸铁锂电池在0~-20℃温度下,放电容量分别相当于25℃温度下放电容量的88.05%、65.52%和38.88%;放电平均电压依次为3.134、2.963V和2.788V,一20℃放电平均电压比25℃时降低了0.431V。从上述分析可知,随着温度的降低,锂离子电池的放电平均电压和放电容量均有所降低,尤其当温度为-20℃时,电池的放电容量和放电平均电压下降较快。

  低温对磷酸铁锂电池的正负极、电解液和粘接剂等都存在影响。比如,磷酸铁锂电池正极本身电子导电性比较差,低温环境下容易产生极化,从而降低电池容量;受低温影响,石墨嵌锂速度降低,容易在负极表面析出金属锂,如果充电后搁置时间不足而投入使用,金属锂无法全部再次嵌入石墨内部,部分金属锂持续存在负极的表面,极有可能形成锂枝晶,影响电池安全。

  低温下,电解液黏度会增加,锂离子迁移阻抗也会随之增大;此外,在磷酸铁锂电池的生产工艺中,粘接剂也是一个非常关键的因素,低温对粘接剂的性能也会产生较大影响。不仅如此,磷酸铁锂电池在低温充电时,锂离子可能来不及嵌入石墨负极当中,从而析出在负极表面形成金属锂枝晶,这一反应会消耗电池中的可以反复充放电的锂离子、并大幅降低电池容量,析出的金属锂枝晶也可能会刺穿隔膜,从而影响安全性能。

  磷酸铁锂电池的低温特性是由其材料特性决定的,很难改变。做过很多实验,不同材料锂电池的低温性能也有区别,现在最热火的磷酸铁锂是低温性能最差的,我们的产品在-10℃时放出容量为最大容量的89%,应该在业内已经是比较高的;在55℃下放出容量可达到95%,相对低温的衰减还是比较少的。

  电池在0~-20℃温度下,放电容量分别相当于25℃温度下放电容量的88.05%、65.52%和38.88%;放电平均电压依次为3.134、2.963 V和2.788 V,一20℃放电平均电压比25℃时降低了0.431 V。从上述分析可知,随着温度的降低,锂离子电池的放电平均电压和放电容量均有所降低,尤其当温度为-20℃时,电池的放电容量和放电平均电压下降较快。

  原材料的品质:特别是磷酸铁锂材料系新生事物,其制造设备、合成工艺都不安全成熟、品质易出现波动,导致电池产品一致性受到影响。

  生产环境:磷酸铁锂电池做一个化工原料众多、工艺繁杂的高科技产品,其生产环境对温度、湿度、粉尘等都有很高的要求,如果没有控制到位,电池品质将出现波动。

  制造设备:生产过程中手工的成分越少、设备自动化程度越高,磷酸铁锂电池一致性越好。

  对磷酸铁锂电池来说,过度放电和过度充电对电池的容量都有损害。正确使用锂电池的方法,就是电量不满即可充,避免电量用完再充,避免过充。锂电池的最佳使用温度是0到35摄氏度。低温环境会降低锂离子的活性,电池放电能力变弱,使用时间缩短。如果锂电池处于低温环境的时间较短,这种损害只是暂时的,不会对电池容量产生损害。当温度回升之后,性能会恢复。

  不过,如果磷酸铁锂电池长时间在低温环境下工作和充放电,电池阳极表面会析出金属锂,这个过程不可逆,会对电池容量造成永久损害。

  以上就是温度对磷酸铁锂电池性能的影响,锂电池低温充电,有个确切的且不可接受的危害是锂单质沉积,循环寿命受损且热失控风险上升。

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