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温度变化对锂电池充放电有何影响

来源:恒帝 浏览量:71 次 发布日期:2019-11-13

一般电池行业的人都知道,锂电池的充放电状态是否稳定,温度的变化起到了很大的影响因素,锂电池在高温和低温环境下充放电,锂电池的容量保持率就有所下降,在所有的环境因素中,温度对锂电池的充放电性能影响最大,在电极/电解液界面上的电化学反应与环境温度有关,电极/电解液界面被视为电池的心脏。如果温度下降,电极的反应率也下降,假设电池电压保持不变,放电电流降低,锂电池的功率输出也会下降。如果温度上升则相反,即电池输出功率会上升,温度也影响电解液的传送速度温度上升则加快,传送温度下降,传送减慢,电池充放电性能也会受到影响。但温度太高,超过45℃锂离子电池越来越广泛地应用到人们的生产生活当中,这使得它的温度环境成为关注的要点,相对来说,锂电池更容易在高温环境下产生安全问题,因此,必须对锂电池进行高温性能的测试,并与其常温测试数据相比较。

温度的变化直接影响了锂电池的放电性能和放电出来的容量大小。温度降低,电池内阻加大,电化学反应速度放慢,极化内阻迅速增加,电池放电容量和放电平台下降,影响电池功率和能量的输出。对于锂离子电池,低温条件下放电容量急剧下降,但在高温情况下放电容量并不比常温低,有时还会略高于常温容量,主要是高温情况下锂离子迁移速度加快,锂电极不像镍电极和和贮氢电极那样在高温情况下产生分解或形成氢气使容量下降。电池模块低温放电时,随着放电的进行,由于电阻等原因产生热量,使电池温度升高,表现为电压有抬升现象,随着放电的进行,电压再逐渐下降。

目前锂电池行业还没有明确的理论支撑其各温度性能下的内阻、放电平台、寿命、容量等必然联系,相关的计算公式和数学模型还在摸索阶段。在实际的实验证明下,锂电池对0-40℃这个区间的温度并不敏感,如果在充放电时温度变化低于0℃或者高于40℃,锂电池的循环寿命和容量就会低于正常数值,温度超出的范围越大,容量与寿命就较少的越多。打个比方:一到了冬天特别是北方较寒冷的地区,手机电池电量使用的时间要比夏天短很多,这就是与温度变化有关,并不是手机电池不耐用的原因。

不同材料锂电池的低温性能也有区别,举个例子磷酸铁锂是低温性能最差的,我们恒帝电池研发的磷酸铁锂电池在-10℃时放出容量为最大容量的89%,应该在业内已经是比较高的;在55℃下放出容量可达到95%,相对低温的衰减还是比较少的。但是锰酸锂、钴酸锂和三元产品的低温性能要好一些,但是也有限;而牺牲的是高温性能。现在业内吹磷酸铁锂安全性能高,高温性能好,其实是电池活性没有上述三种高,相对安全一些。整体性能还是不如锰锂或三元的。一到了冬天特别是北方较寒冷的地区,手机电池电量使用的时间要比夏天短很多。

锂离子电池越来越广泛地应用到人们的生产生活当中,这使得它的温度环境成为关注的要点,相对来说,锂电池更容易在高温环境下产生安全问题,因此,必须对锂电池进行高温性能的测试,并与其常温测试数据相比较。

测试条件:选择两只恒帝电池生产的聚合物锂电池603048-950mAh方形锂电池,分别在25℃(常温)和60℃(高温)下进行。

充放电制度设计:适用恒流恒压充电和恒流放电制度。充电终止电压为4.2V,放电终止电压为3.0V。首先以1C即950mA充电至4.2V,再以4.2V恒压充电直至截止电流到20mA;然后以950mA恒流放电至3.0V,如此循环充放电300次。

这里截取三个节点:即第50次、150次、300次充放电循环

一、在前50次循环过程中:
1、25℃下的表现:容量衰减过程略有起伏,但并非线性,50次后的放电容量保持在96.6%;
2、60℃下的表现:容量衰减过程接近于线性,50次后的放电容量保持在95.5%。

这说明,在50次以内较少的循环时,高温循环稳定性略差于常温循环稳定性。但这里有一个很重要的现象,即锂电池在高温条件下放出的电量高于电池的额定容量,这里的原因在于,高温时电解质的黏度降低,从而加快了锂离子的迁移速度,这时,不但放电容量高于额定容量,而且充入的电量更高。

二、在前150次循环过程中:
1、60℃下放出的容量每次都大于25℃时放出的容量;
2、60℃下初始容量为1020mAh,高于额定容量,25℃下初始容量为930mAh ,但60℃时容量衰减较快。

三、300次循环后的状态:这时,常温状态下的指标全面优化,在保持较慢的容量衰减速度时,其容量可以保持在800mAh,而60℃时只有730 mAh。此时,60℃下的充放电电压平台越来越低,而常温下几乎不变。

上述容量衰减的表现还可以从锂电池充电在不同温度下的电量补充情况进行佐证:在25℃下经过300次循环后,其恒流充电和恒压充电的比例变化不大,但在60℃时,恒流充电所获得的电量补充逐渐减少,而恒压阶段获得的电量显著增加。这是由于电池极化现象引起的。

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