鋰離子電池低溫性能劣化，如何處理

冬季電動(dòng)汽車(chē)的電池壽命明顯下降，一輛普通的電動(dòng)汽車(chē)，即使不打開(kāi)空調(diào)，100公里的耗電量也會(huì)達(dá)到15kWh以上，用戶體驗(yàn)并不理想。從微觀上看，低溫降低了正極和負(fù)極數(shù)據(jù)的活度，降低了電解質(zhì)的電導(dǎo)率。在微觀尺度上，出現(xiàn)了容量減小、內(nèi)阻增大、放電功率減小等一系列結(jié)果。

鋰離子電池在低溫環(huán)境下的使用是有限的，除了放電能力會(huì)比較嚴(yán)重外，低溫下無(wú)法對(duì)鋰離子電池進(jìn)行充電。在低溫充電過(guò)程中，鋰離子在電池石墨電極上的插層與鋰離子鍍層的反應(yīng)相互競(jìng)爭(zhēng)，共同存在。低溫時(shí)，鋰離子在石墨中的分散受到抑制，電解質(zhì)的電導(dǎo)率下降，導(dǎo)致包埋率下降。低溫下鋰離子電池壽命下降的重要原因是鋰離子內(nèi)部阻抗的新增和鋰離子的析出引起的容量衰減。

1.低溫對(duì)電池放電容量的影響

容量是鋰離子電池最重要的參數(shù)之一。其尺寸隨溫度變化曲線如圖所示。下圖是磷酸鐵鋰離子電池的放電曲線。磷酸鐵鋰離子電池的充電終止電壓為3.65±0.05v，放電終止電壓為2±0.05v。這兩條曲線是電池在不同溫度下放電的溫度容量曲線，分別為0.1c和0.3c。值得注意的是，容量隨著溫度的升高而逐漸增大。20℃的容量?jī)H相當(dāng)于15℃容量的60%左右。除容量外，電池開(kāi)路電壓隨溫度降低。我們都了解，電池中包含的能量是容量和終端電壓的乘積，當(dāng)兩個(gè)倍率都下降時(shí)，電池中的能量必然是這兩個(gè)下降效應(yīng)的疊加。

低溫下正極數(shù)據(jù)活度的降低導(dǎo)致鋰離子數(shù)量的減少，鋰離子運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)放電電流，這是容量降低的根本原因。

電池在不同溫度和放電速率下的放電容量

2.低溫對(duì)電池內(nèi)阻的影響

鋰離子電池的溫度與電阻的關(guān)系如下圖所示。不同的曲線代表了電池本身不同的電量。在任何充電情況下，電池的內(nèi)阻隨溫度的降低而顯著增大。電荷越少，內(nèi)阻越大，這種趨勢(shì)也會(huì)隨著溫度的變化而持續(xù)下去。

在較低的溫度下，正負(fù)金屬猜測(cè)，帶電離子的彌散會(huì)變得更差，通過(guò)電極和電解質(zhì)鈍化膜變得困難，在電解質(zhì)的傳輸速度也降低了，而且在傳輸過(guò)程中還會(huì)額定出大量的熱攻擊。到達(dá)負(fù)極后，鋰離子在負(fù)極數(shù)據(jù)中的彌散不均勻。隨著這一過(guò)程的進(jìn)行，帶電離子的運(yùn)動(dòng)變得更加困難，從外部看，細(xì)胞的內(nèi)阻新增了。



內(nèi)阻、SOC與溫度的關(guān)系

3.低溫對(duì)電池充放電功率的影響

下面的曲線是充電功率隨溫度變化的曲線。我們可以觀察到-20℃時(shí)的充電功率僅為15℃時(shí)的65%。這里是電源，低溫充電損壞很?chē)?yán)重，這里就不討論了。低溫使電化學(xué)層功能發(fā)生變化，內(nèi)阻明顯增大。在放電過(guò)程中，大量電能消耗在內(nèi)阻熱中。我們觀察到的庫(kù)侖功率減小了。在駕駛電動(dòng)汽車(chē)的過(guò)程中，你會(huì)覺(jué)得電池充電的樣子很相似，在低溫下的續(xù)航時(shí)間更短。