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溫度對磷酸鐵鋰電池性能的影響

鉅大LARGE  |  點擊量:5869次  |  2019年07月24日  

摘要
溫度對磷酸鐵鋰電池性能的影響。磷酸鐵鋰電池受溫度影響很大,需要對電池進行熱管理才能提高電池的使用效率。在新能源行業磷酸鐵鋰電池被看好。

溫度對磷酸鐵鋰電池性能的影響。磷酸鐵鋰電池受溫度影響很大,需要對電池進行熱管理才能提高電池的使用效率。在新能源行業磷酸鐵鋰電池被看好,電池循環壽命可達到3000次左右,放電穩定,被廣泛應用在動力電池和儲能等領域。


溫度對磷酸鐵鋰電池會產生哪些影響?


磷酸鐵鋰電池充電是鋰離子從正極脫出經過電解液遷移嵌入負極材料的過程,鋰離子向負極聚合,由六個碳原子俘獲一個鋰離子。在低溫下,化學反應活性降低,同時鋰離子遷移變慢,在負極表面的鋰離子還沒有嵌入到負極中已經先還原成金屬鋰,并在負極表面沉淀析出形成鋰枝晶,這容易刺穿隔膜造成電池內短路,進而損壞電池,造成安全事故。


磷酸鐵鋰電池在0~-20℃溫度下,放電容量分別相當于25℃溫度下放電容量的88.05%、65.52%和38.88%;放電平均電壓依次為3.134、2.963V和2.788V,一20℃放電平均電壓比25℃時降低了0.431V。從上述分析可知,隨著溫度的降低,鋰離子電池的放電平均電壓和放電容量均有所降低,尤其當溫度為-20℃時,電池的放電容量和放電平均電壓下降較快。


低溫對磷酸鐵鋰電池的正負極、電解液和粘接劑等都存在影響。比如,磷酸鐵鋰電池正極本身電子導電性比較差,低溫環境下容易產生極化,從而降低電池容量;受低溫影響,石墨嵌鋰速度降低,容易在負極表面析出金屬鋰,如果充電后擱置時間不足而投入使用,金屬鋰無法全部再次嵌入石墨內部,部分金屬鋰持續存在負極的表面,極有可能形成鋰枝晶,影響電池安全。


低溫下,電解液黏度會增加,鋰離子遷移阻抗也會隨之增大;此外,在磷酸鐵鋰電池的生產工藝中,粘接劑也是一個非常關鍵的因素,低溫對粘接劑的性能也會產生較大影響。不僅如此,磷酸鐵鋰電池在低溫充電時,鋰離子可能來不及嵌入石墨負極當中,從而析出在負極表面形成金屬鋰枝晶,這一反應會消耗電池中的可以反復充放電的鋰離子、并大幅降低電池容量,析出的金屬鋰枝晶也可能會刺穿隔膜,從而影響安全性能。


磷酸鐵鋰電池的低溫特性是由其材料特性決定的,很難改變。做過很多實驗,不同材料鋰電池的低溫性能也有區別,現在最熱火的磷酸鐵鋰是低溫性能最差的,我們的產品在-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。


影響磷酸鐵鋰電池一致性的因素


⒈原材料的品質:特別是磷酸鐵鋰材料系新生事物,其制造設備、合成工藝都不安全成熟、品質易出現波動,導致電池產品一致性受到影響。


⒉生產環境:磷酸鐵鋰電池做一個化工原料眾多、工藝繁雜的高科技產品,其生產環境對溫度、濕度、粉塵等都有很高的要求,如果沒有控制到位,電池品質將出現波動。


⒊制造設備:生產過程中手工的成分越少、設備自動化程度越高,磷酸鐵鋰電池一致性越好。


對磷酸鐵鋰電池來說,過度放電和過度充電對電池的容量都有損害。正確使用鋰電池的方法,就是電量不滿即可充,避免電量用完再充,避免過充。鋰電池的最佳使用溫度是0到35攝氏度。低溫環境會降低鋰離子的活性,電池放電能力變弱,使用時間縮短。如果鋰電池處于低溫環境的時間較短,這種損害只是暫時的,不會對電池容量產生損害。當溫度回升之后,性能會恢復。


不過,如果磷酸鐵鋰電池長時間在低溫環境下工作和充放電,電池陽極表面會析出金屬鋰,這個過程不可逆,會對電池容量造成永久損害。


以上就是溫度對磷酸鐵鋰電池性能的影響,鋰電池低溫充電,有個確切的且不可接受的危害是鋰單質沉積,循環壽命受損且熱失控風險上升。


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