快趣直播免费版app下载 - 快趣直播app大全下载最新版本免费安装软件

冬天為什么鋰電池容量會變低 終于有人能講明白了！

時間:2019-02-18 10:39來源:材料匠 作者:郭雙濤、鋰博士等
點擊: 次
       鋰離子電池自從進(jìn)入市場以來，以其壽命長、比容量大、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點，獲得了廣泛的應(yīng)用。鋰離子電池低溫使用存在容量低、衰減嚴(yán)重、循環(huán)倍率性能差、析鋰現(xiàn)象明顯、脫嵌鋰不平衡等問題。然而，隨著應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，鋰離子電池的低溫性能低劣帶來的制約愈加明顯。
 
       據(jù)報道，在-20℃時鋰離子電池放電容量只有室溫時的31.5%左右。傳統(tǒng)鋰離子電池工作溫度在-20~+55℃之間。但是在航空航天、軍工、電動車等領(lǐng)域，要求電池能在-40℃正常工作。因此，改善鋰離子電池低溫性質(zhì)具有重大意義。
 
      制約鋰離子電池低溫性能的因素
 
       低溫環(huán)境下，電解液的黏度增大，甚至部分凝固，導(dǎo)致鋰離子電池的導(dǎo)電率下降。
 
       低溫環(huán)境下電解液與負(fù)極、隔膜之間的相容性變差。
 
       低溫環(huán)境下鋰離子電池的負(fù)極析出鋰嚴(yán)重，并且析出的金屬鋰與電解液反應(yīng)，其產(chǎn)物沉積導(dǎo)致固態(tài)電解質(zhì)界面（SEI）厚度增加。
 
       低溫環(huán)境下鋰離子電池在活性物質(zhì)內(nèi)部擴(kuò)散系統(tǒng)降低，電荷轉(zhuǎn)移阻抗（Rct）顯著增大。
 
      對于影響鋰離子電池低溫性能決定性因素的探討
 
       專家觀點一：電解液對鋰離子電池低溫性能的影響最大，電解液的成分及物化性能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：電解液粘度會變大，離子傳導(dǎo)速度變慢，造成外電路電子遷移速度不匹配，因此電池出現(xiàn)嚴(yán)重極化，充放電容量出現(xiàn)急劇降低。尤其當(dāng)?shù)蜏爻潆姇r，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)率的大小關(guān)系密切，電導(dǎo)率大電解液的傳輸離子快，低溫下可以發(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性是離子運輸?shù)谋Ｕ希蜏叵码娊庖涸谪?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，且RSEI為鋰離子電池在低溫環(huán)境下的主要阻抗。
 
       專家二：限制鋰離子電池低溫性能的主要因素是低溫下急劇增加的Li+擴(kuò)散阻抗，而并非SEI膜。
 
      鋰離子電池正極材料的低溫特性
 
      層狀結(jié)構(gòu)正極材料的低溫特性
 
       層狀結(jié)構(gòu)，既擁有一維鋰離子擴(kuò)散通道所不可比擬的倍率性能，又擁有三維通道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，是最早商用的鋰離子電池正極材料。其代表性物質(zhì)有LiCoO2、Li(Co1-xNix)O2和Li(Ni,Co,Mn)O2等。
 
       謝曉華等以LiCoO2/MCMB為研究對象，測試了其低溫充放電特性。
 
       結(jié)果顯示，隨著溫度的降低，其放電平臺由3.762V(0℃)下降到3.207V(–30℃)；其電池總?cè)萘恳灿?8.98mA·h(0℃)銳減到68.55mA·h(–30℃)。
 
      尖晶石結(jié)構(gòu)正極材料的低溫特性
 
       尖晶石結(jié)構(gòu)LiMn2O4正極材料，由于不含Co元素，故而具有成本低、無毒性的優(yōu)勢。
 
       然而，Mn價態(tài)多變和Mn3+的Jahn-Teller效應(yīng)，導(dǎo)致該組分存在著結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定和可逆性差等問題。
 
       彭正順等指出，不同制備方法對LiMn2O4正極材料的電化學(xué)性能影響較大，以Rct為例：高溫固相法合成的LiMn2O4的Rct明顯高于溶膠凝膠法合成的，且這一現(xiàn)象在鋰離子擴(kuò)散系數(shù)上也有所體現(xiàn)。究其原因，主要是由于不同合成方法對產(chǎn)物結(jié)晶度和形貌影響較大。
 
      磷酸鹽體系正極材料的低溫特性
 
       LiFePO4因絕佳的體積穩(wěn)定性和安全性，和三元材料一起，成為目前動力電池正極材料的主體。磷酸鐵鋰低溫性能差主要是因為其材料本身為絕緣體，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。
 
       谷亦杰等在研究低溫下LiFePO4的充放電行為時發(fā)現(xiàn)，其庫倫效率從55℃的100%分別下降到0℃時的96%和–20℃時的64%；放電電壓從55℃時的3.11V遞減到–20℃時的2.62V。
 
       Xing等利用納米碳對LiFePO4進(jìn)行改性，發(fā)現(xiàn)，添加納米碳導(dǎo)電劑后，LiFePO4的電化學(xué)性能對溫度的敏感性降低，低溫性能得到改善；改性后LiFePO4的放電電壓從25℃時的3.40V下降到–25℃時的3.09V，降低幅度僅為9.12%；且其在–25℃時電池效率為57.3%，高于不含納米碳導(dǎo)電劑的53.4%。
 
       近來，LiMnPO4引起了人們濃厚的興趣。研究發(fā)現(xiàn)，LiMnPO4具有高電位(4.1V)、無污染、價格低、比容量大(170mAh/g)等優(yōu)點。然而，由于LiMnPO4比LiFePO4更低的離子電導(dǎo)率，故在實際中常常利用Fe部分取代Mn形成LiMn0.8Fe0.2PO4固溶體。
 
      鋰離子電池負(fù)極材料的低溫特性
 
       相對于正極材料而言，鋰離子電池負(fù)極材料的低溫惡化現(xiàn)象更為嚴(yán)重，主要有以下 3 個原因：
 
       低溫大倍率充放電時電池極化嚴(yán)重，負(fù)極表面金屬鋰大量沉積，且金屬鋰與電解液的反應(yīng)產(chǎn)物一般不具有導(dǎo)電性；
 
       從熱力學(xué)角度，電解液中含有大 量 C–O、C–N 等極性基團(tuán)，能與負(fù)極材料反應(yīng)，所 形成的 SEI 膜更易受低溫影響；
 
       碳負(fù)極在低溫下嵌鋰?yán)щy，存在充放電不對稱性。
 
1.png
 
      低溫電解液的研究
 
       電解液在鋰離子電池中承擔(dān)著傳遞 Li+ 的作用， 其離子電導(dǎo)率和 SEI 成膜性能對電池低溫性能影響 顯著。判斷低溫用電解液優(yōu)劣，有3個主要指標(biāo)： 離子電導(dǎo)率、電化學(xué)窗口和電極反應(yīng)活性。而這3個指標(biāo)的水平，在很大程度上取決于其組成材料： 溶劑、電解質(zhì)(鋰鹽)、添加劑。因此，電解液的各部分低溫性能的研究，對理解和改善電池的低溫性 能，具有重要的意義。
 
       EC 基電解液低溫特性相比鏈狀碳酸酯而言，環(huán)狀碳酸酯結(jié)構(gòu)緊密、作用力大，具有較高的熔點和黏度。但是、環(huán)狀結(jié)構(gòu)帶來的大的極性， 使其往往具有很大的介電常數(shù)。EC 溶劑的大介電常數(shù)、高離子導(dǎo)電率、絕佳成膜性能， 有效防止溶劑分子共插入，使其具有不可或缺的地位，所以，常用低溫電解液體系大都以 EC 為基， 再混合低熔點的小分子溶劑。
 
       鋰鹽是電解液的重要組成。鋰鹽在電解液中不 僅能夠提高溶液的離子電導(dǎo)率，還能降低 Li+ 在溶液中的擴(kuò)散距離。一般而言，溶液中的Li+濃度越大，其離子電導(dǎo)率也越大。但電解液中的鋰離子濃度與鋰鹽的濃度并非呈線性相關(guān)，而是呈拋物線狀。這是因為，溶劑中鋰離子濃度取決于鋰鹽在溶劑中的離解作用和締合作用的強弱。
 
       除電池組成本身外，在實際操作中的工藝因素， 也會對電池性能產(chǎn)生很大影響。
 
       (1) 制備工藝。Yaqub 等研究了電極荷載及 涂覆厚度對 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2/Graphite 電池低溫性能的影響發(fā)現(xiàn)，就容量保持率而言，電極荷載 越小，涂覆層越薄，其低溫性能越好。
 
       (2) 充放電狀態(tài)。Petzl 等研究了低溫充放電 狀態(tài)對電池循環(huán)壽命的影響，發(fā)現(xiàn)，放電深度較大 時，會引起較大的容量損失，且降低循環(huán)壽命。
 
       (3) 其它因素。電極的表面積、孔徑、電極密度、電極與電解液的潤濕性及隔膜等，均影響著鋰離子電池的低溫性能。另外，材料和工藝的缺陷對電池低溫性能的影響也不容忽視。
 
      總結(jié)
 
       為保證鋰離子電池的低溫性能，需要做好以下幾點：
 
       (1) 形成薄而致密的 SEI 膜；
 
       (2) 保證 Li+ 在活性物質(zhì)中具有較大的擴(kuò)散系數(shù)；
 
       (3) 電解液在低溫下具有高的離子電導(dǎo)率。
 
       此外，研究中還可另辟蹊徑，將目光投向另一類鋰離子電池——全固態(tài)鋰離子電池。相較常規(guī)的 鋰離子電池而言，全固態(tài)鋰離子電池，尤其是全固態(tài)薄膜鋰離子電池，有望徹底解決電池在低溫下使用的容量衰減問題和循環(huán)安全問題。
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
作者：郭雙濤、鋰博士等 ，如若轉(zhuǎn)載，請注明出處：http://kqcgw.com/shushuo/jishu/2019021828423.html
看完這篇還不夠？如果你也也是同行業(yè)需要發(fā)布您的新聞報道，請 戳這里 告訴我們！
免責(zé)聲明：本文僅代表作者個人觀點，與中國電池聯(lián)盟無關(guān)。其原創(chuàng)性以及文中陳述文字和內(nèi)容未經(jīng)本網(wǎng)證實，對本文以及其中全部或者部分內(nèi)容、文字的真實性、完整性、及時性本站不作任何保證或承諾，請讀者僅作參考，并請自行核實相關(guān)內(nèi)容。
凡本網(wǎng)注明 “來源：XXX（非中國電池聯(lián)盟）”的作品，均轉(zhuǎn)載自其它媒體，轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點和對其真實性負(fù)責(zé)。
如因作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問題需要同本網(wǎng)聯(lián)系的，請在一周內(nèi)進(jìn)行，以便我們及時處理。
QQ：503204601
郵箱：[email protected]
猜你喜歡

  • 鋰離子電池隔膜的主要性能參數(shù)有哪些？

    鋰電池隔膜 是 鋰離子電池 關(guān)鍵的內(nèi)層組件之一，其性能決定了 電池 的接口結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響了電池的能量、循環(huán)以及安全性等特性，質(zhì)量較高的隔膜對提高 鋰電池 綜合性能起到重要的作用。那么，鋰離子電池隔膜主要性能參數(shù)有哪些呢？ 1、厚度：對于消耗
    2023-01-24 18:18
    		•

  • 技術(shù)層面的鋰電好產(chǎn)品是否一定能幫公司業(yè)績兌現(xiàn)？

    因2022／Q3更換了工作賽道和方向的原因，使得有機(jī)會從過去十年一直在汽車及鋰電制造業(yè)田間地頭精耕細(xì)作的工作模式中抽身。 在過去將近半年的時間里，新的角色賦予在業(yè)務(wù)和市場前端工作的機(jī)會，可以用不同的視角來觀察鋰電行業(yè)的發(fā)展和變革，而不再僅僅停留在
    2023-01-24 18:16
    		•

  • 鋰電產(chǎn)業(yè)如何利用視覺檢測系統(tǒng)降本增效？

    導(dǎo)語： 機(jī)器視覺檢測已在鋰電池生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)中，為產(chǎn)品產(chǎn)量與質(zhì)量提供可靠保障。維視智造作為鋰電池視覺檢測系統(tǒng)提供商，為企業(yè)提供專業(yè)、系統(tǒng)、穩(wěn)定的鋰電行業(yè)解決方案，可保證0漏檢，確保安全生產(chǎn)，全面提升生產(chǎn)效率。 一、鋰電池行業(yè)高速發(fā)展下隱藏的暗
    2023-01-24 18:11
    		•

  • 震�？萍紨M3億元投建鋰電池鋁殼生產(chǎn)項目

    1月9日，震�？萍�(300953.SZ)公布，公司擬在江西上饒投資建設(shè)鋰電池鋁殼生產(chǎn)項目(簡稱“江西上饒項目”)，投資總額為人民幣3億元。
    2023-01-10 15:53
    		•

  • 鉛酸、鎳鎘、鎳氫、鋰電池優(yōu)缺點對比

    鉛酸、鎳鎘、鎳氫、鋰電池優(yōu)缺點對比
    2022-06-21 08:42
    		•

  • 預(yù)鋰化技術(shù)在鋰電池中有多重要

    預(yù)鋰化就是在電池正式充/放電循環(huán)之前在電極材料中添加少許鋰源，用來彌補電池充/放電反應(yīng)過程中的鋰消耗。
    2022-04-06 10:40
    		•

  • 比亞迪如何讓刀片電池充電速度比三元鋰電池還快？

    刀片電池作為漢EV核心的零部件之一，在充電方面具備怎樣的技術(shù)優(yōu)勢呢？
    2021-08-19 09:09
    		•

  • PPT | 鋰電池固態(tài)電解質(zhì)的研究

    PPT | 鋰電池固態(tài)電解質(zhì)的研究
    2021-06-16 11:41
    		•

  • 鋰電池極片設(shè)計及表面缺陷分析

    鋰電池極片的設(shè)計是非常重要的，現(xiàn)針對鋰電池極片設(shè)計基礎(chǔ)知識進(jìn)行簡單介紹。
    2021-06-03 11:34
    		•

  • 三元鋰電池擠壓損傷試驗研究

    本文以某型號鋰離子動力電池為研究對象，對電芯不同方向進(jìn)行擠壓試驗研究，通過采集擠壓力、溫度、電壓數(shù)據(jù)分析找出電芯抗擠壓弱的方向，然后進(jìn)一步通過不同加載工況形式來分析確定電芯的擠壓損傷容限，其次對模組不同方向抗擠壓能力進(jìn)行了分析。
    2021-06-01 11:37
    		•
專題
相關(guān)新聞
本月熱點
歡迎投稿
聯(lián)系人：王女士
Email：cbcu#cbcu.com.cn
發(fā)送郵件時用@替換#
電話：010-56284224
在線投稿
微信公眾號