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          鋰電池廠家分析影響鋰電池低溫性能的因素

          來源:http://www.wharhalen.com/news/23.html   發布時間:2020-04-28

          一、正極材料

          正極材料作為動力來源是影響鋰電池低溫性能的主要參數之一,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為其材料本身為絕緣體,電子導電率低,鋰離子擴散性差,低溫下導電性差,使得電池內阻增加,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極間的嵌入/脫出受材料影響大,三元材料具有層狀結構,材料擴散系數高,更利于鋰離子的嵌入/脫出。

          材料的結構、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揮,顆粒度小則相應的鋰離子擴散路徑短,所受的極化小,同時電解液也容易附著在原始顆粒表層,減少濃差極化;粒度大則鋰離子擴散的路徑長,在電池工作放電時鋰離子從負極到正極的擴散來不及補償從負極流入正極的電子,從而造成正極中電子過量,使得電極電位負移,造成放電電壓平臺變低。

          除了材料本身性質之外,正極漿料中導電劑的分散情況、粘接性能以及極片面密度、活物質密度等參數也對低溫性能有重要影響。導電劑分散均勻,沒有團聚,可以提高鋰離子電池的電導率,減小鋰離子電池的歐姆內阻,有利于提高電池的充放電性能。面密度越大,離子擴散距離和所受阻力也會增大,電極表面與電解液接觸的固液界面到集流體的距離增加,在鋰離子脫嵌時為保持電極電荷平衡同時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

          電解液的材質及物化參數對電池低溫性能有重要影響。電池低溫下循環面臨的問題是,電解液粘度增大,離子傳導速度變慢,與外電路電子遷移速度不匹配,電池出現嚴重極化,充放電容量出現急劇降低。鋰電池廠家指出,尤其是在低溫充電的情況下,鋰離子很容易在負極表面形成鋰枝晶,導致電池失效。

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

          電解液的電導率與電解液的組成成分有關,減小溶劑的粘度是提高電解液電導率的途徑之一。溶劑低溫下溶劑良好的流動性是離子運輸的保障,而低溫下電解液在負極所形成的固體電解質膜也是影響鋰離子傳導的關鍵。

          鋰電池廠家指出提高電解液低溫下的電導率可以從以下兩點著手:1.溶液低凝固點;2.低內阻的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?,孔徑太小會增大電池內阻,孔徑太大則容易使正負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,電導率低??紫堵侍?,雖然透氣性能和電解液吸附能力明顯改善,但對應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工藝、化成制度、老化制度等。從降低內阻,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性能。

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