鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1255次 | 2021年04月13日
有關(guān)各種鋰離子電池在低溫下的影響分析
目前的手機(jī)電池一般為鋰離子電池,電池的化學(xué)反應(yīng)速度會(huì)受到溫度影響。手機(jī)長(zhǎng)時(shí)間在低溫環(huán)境中,會(huì)使電池化學(xué)反應(yīng)遲緩,導(dǎo)致電池放電電流變小,降低電池的容量,就可能出現(xiàn)電量用得快、黑屏、死機(jī)、觸摸屏失靈、無(wú)法上網(wǎng)等情況。當(dāng)從寒冷的室外進(jìn)入溫暖的室內(nèi)時(shí),溫度的變化還可能導(dǎo)致手機(jī)內(nèi)部凝成水霧,出現(xiàn)電路板短路或其他故障。
在寒冷的天氣外出時(shí),盡量把手機(jī)的電量充足,并減少玩游戲、看電影、聽音樂(lè)等耗電程序的運(yùn)行。最好把手機(jī)放在口袋、背包等相對(duì)溫暖的地方,撥打、接聽電話可以使用耳機(jī),盡量防止將手機(jī)直接暴露在冷空氣中。不要長(zhǎng)時(shí)間在低溫環(huán)境下使用手機(jī)。從室外進(jìn)入室內(nèi)后,把手機(jī)放置一段時(shí)間,等水霧蒸發(fā)后再使用。
假如手機(jī)在低溫環(huán)境下使用時(shí)出現(xiàn)臨時(shí)故障,可以關(guān)機(jī)暫停使用,然后讓手機(jī)在溫度稍高的環(huán)境下適應(yīng)一會(huì)兒,情況會(huì)有所改善。
鋰離子電池的工作原理是內(nèi)部的電解質(zhì)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)的變化,在正負(fù)極出現(xiàn)電勢(shì)差從而出現(xiàn)電流。在低溫環(huán)境下電解質(zhì)移動(dòng)得相當(dāng)慢,從而影響鋰離子在正負(fù)極之間的轉(zhuǎn)移活性,導(dǎo)致電池充放電性能下降。
簡(jiǎn)單地說(shuō),在低溫環(huán)境下,并不是鋰離子電池真的沒(méi)電了,而是有電卻不能正常釋放出來(lái)。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
有分析數(shù)據(jù)稱,普通的鋰離子電池在零攝氏度時(shí),其容量會(huì)減少20%,當(dāng)達(dá)到零下10攝氏度時(shí),容量可能只有一半左右。
大部分手機(jī)電池的正常工作區(qū)間都在0-35攝氏度之間,低于或高于這個(gè)溫度,都有可能失常。
低溫對(duì)鋰離子電池不好,假如再加上電量低,那傷害更是雪上加霜了,所以蘋果為了保護(hù)鋰離子電池,加入了自我保護(hù)機(jī)制遇到低溫+電量低時(shí)自動(dòng)關(guān)機(jī)并無(wú)法開機(jī)使用。
對(duì)此,我們看看蘋果官方給出的說(shuō)明就了解了,iPhone的理想工作環(huán)境溫度為0℃-35℃。當(dāng)室溫降到一定溫度(-10℃左右)時(shí),蘋果就會(huì)自動(dòng)關(guān)機(jī)。低溫對(duì)磷酸鐵鋰離子電池的影響
目前,磷酸鐵鋰離子電池是應(yīng)用在電動(dòng)汽車上最多的電池,這種電池安全性高,單體壽命較長(zhǎng),但磷酸鐵鋰有一個(gè)致命的缺點(diǎn),他的低溫性能比其他技術(shù)體系的電池略差。低溫對(duì)磷酸鐵鋰的正負(fù)極、電解液和粘接劑等都存在影響。比如,磷酸鐵鋰正極本身電子導(dǎo)電性比較差,低溫環(huán)境下容易出現(xiàn)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(fù)極表面析出金屬鋰,假如充電后擱置時(shí)間不足而投入使用,金屬鋰無(wú)法全部再次嵌入石墨內(nèi)部,部分金屬鋰持續(xù)存在負(fù)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(huì)新增,鋰離子遷移阻抗也會(huì)隨之增大;此外,在磷酸鐵鋰的生產(chǎn)工藝中,粘接劑也是一個(gè)非常關(guān)鍵的因素,低溫對(duì)粘接劑的性能也會(huì)出現(xiàn)較大影響。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
低溫對(duì)鈦酸鋰離子電池的影響
同樣是鋰離子電池,鈦酸鋰離子電池的耐低溫性能則比較優(yōu)異。尖晶石結(jié)構(gòu)的鈦酸鋰負(fù)極材料嵌鋰電位約1.5V,不會(huì)形成鋰枝晶,在充放電過(guò)程中體積應(yīng)變小于1%。納米化的鈦酸鋰離子電池可大電流充放電,實(shí)現(xiàn)了低溫快充的同時(shí)又保障了電池的耐久性和安全性。比如,主打鈦酸鋰離子電池的銀隆新能源,其產(chǎn)品具備在-50-60℃的正常充放電能力。鈦酸鋰離子電池有著材料上的優(yōu)勢(shì),它在低溫下仍然可以實(shí)現(xiàn)快充,這種任性,其他材料電池很難學(xué)來(lái)。為何充電比放電更要溫度?
許多公司的電池產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)低溫下正常放電,但在同樣的溫度下,實(shí)現(xiàn)正常充電就比較吃力,甚至無(wú)法充電,當(dāng)Li+嵌入石墨材料時(shí),首先要去溶劑化,這個(gè)過(guò)程會(huì)消耗一定能量,阻礙了Li+擴(kuò)散到石墨內(nèi)部;相反,Li+在脫出石墨材料進(jìn)入到溶液中時(shí),會(huì)有一個(gè)溶劑化過(guò)程,而溶劑化不消耗能量,Li+可以快速脫出石墨。因此,石墨材料的充電接受能力要明顯遜色于放電接受能力。
低溫環(huán)境下,電池充電有一定的風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)殡S著溫度的降低,石墨負(fù)極的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)步一變差,充電過(guò)程中,負(fù)極的電化學(xué)極化明顯加劇,析出的金屬鋰容易形成鋰枝晶,穿破隔膜并導(dǎo)致正負(fù)極短路。
盡量防止鋰離子電池在低溫下充電。當(dāng)電池必須在低溫下充電時(shí),要盡可能選擇小電流(即慢充)對(duì)鋰離子電池進(jìn)行充電,并在充電后對(duì)鋰離子電池進(jìn)行充分?jǐn)R置,從而保證負(fù)極析出的金屬鋰能夠與石墨反應(yīng),重新嵌入到石墨負(fù)極內(nèi)部。
業(yè)內(nèi)公司及科研機(jī)構(gòu)對(duì)電池耐低溫性能的探索和攻關(guān),多著眼于對(duì)現(xiàn)有正負(fù)極材料的工藝改進(jìn),以及通過(guò)提高電池的局部環(huán)境溫度為電池在低溫下工作創(chuàng)造條件。隨著的技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,鋰離子電池在低溫環(huán)境下將有進(jìn)一步的突破。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(shí)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(dòng)性是離子運(yùn)輸?shù)谋U?,而低溫下電解液在?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)境下的重要阻抗。