锂离电池低温性能研究进展

王伟民?

摘 要：随着社会经济的发展，能源短缺的现象越来越突出，现代社会越来越重视新型能源产业的发展。电池在零下温度下使用，放电容量占常温放电容量的比例会出现大幅度的下降。本文研究了锂离子电池低温条件下放电容量的变化特征，得出结论：对于低温引起的放电容量在常温放电容量的下降，不同的电解液组引起的下降速率变化差异比较大;电芯中注入了相同的电解液组，不同的正负极的锰酸锂、石墨和NC的比例配方引起的放电容量在常温放电容量的下降速率也会产生比较大的下降速率差别。

关键词：锂电池;低温;下降速率

1. 前言

随着社会经济的发展，能源短缺的现象越来越突出，现代社会越来越重视新型能源产业的发展。电池在零下温度下使用，放电容量占常温放电容量的比例会极速下降，这严重限制了低温环境下锂离子电池的大规模应用。

2. 锂离子电池低温条件下放电容量的变化特征研究

采用锰酸锂为正极材料，石墨为负极材料，分别采用不同的导电剂和不同的电解液组（电池制作工艺及配方见胡悦丽，2013）装成A、B、C、D四种不同类型的电池，其在低温情况下放电容量占常温放电容量的比例变化见表1。

A电池和B电池采用的正负极的锰酸锂、石墨和NC的比例配方不同，但电芯中注入了相同的电解液组，其随温度变化，放电容量占常温放电容量中的比例变化见图1a。

A电池在00C的放电容量在常温放电容量的比例为69.36%，在-50C的放电容量在常温放电容量的比例为29.65%，在-100C的放电容量在常温放电容量的比例为6.90%;B电池在00C的放电容量在常温放电容量的比例为95.39%，在-50C的放电容量在常温放电容量的比例为87.28%，在-100C的放电容量在常温放电容量的比例为75.32%。

可以看出虽然注入了相同的电解液组，B电池的放电性能明显强于A电池，二者都随着温度的降低，放电容量在常温放电容量的比例急劇下降，并且A电池下降速度也明显超过B电池。

C电池和A电池采用的正负极的锰酸锂、石墨和NC的比例配方相同，但电芯中注入了不同的电解液组;C电池和D电池采用的正负极的锰酸锂、石墨和NC的比例配方相同，但电芯中注入了不同的电解液组。C电池和D电池在电芯中采用了相同的电解液组，其随温度变化，放电容量占常温放电容量中的比例变化见图1b。C电池在00C的放电容量在常温放电容量的比例为95.86%，在-50C的放电容量在常温放电容量的比例为89.02%，在-100C的放电容量在常温放电容量的比例为86.86%;D电池在00C的放电容量在常温放电容量的比例为95.98%，在-50C的放电容量在常温放电容量的比例为90.05%，在-100C的放电容量在常温放电容量的比例为86.89%。

图1b可以看出，尽管C电池和D电池的正负极的锰酸锂、石墨和NC的比例配方不同，但由于电芯中注入了相同的电解液组，因此电池的放电性能比较接近，其随温度下降，放电容量在常温放电容量的下降速率也基本相同。

因此本研究得出结论：对于低温引起的放电容量在常温放电容量的下降，不同的电解液组引起的下降速率变化差异比较大;电芯中注入了相同的电解液组，不同的正负极的锰酸锂、石墨和NC的比例配方引起的放电容量在常温放电容量的下降速率也会产生比较大的下降速率差别。

3 低温环境对锂离子电池性能的影响因素分析

3.1 低温环境会导致电池正负极材料中锂离子的扩散能力极速降低

低温环境中，锂离子电池内部的锂离子在正负极材料间进行扩散时会表现出更高的扩散阻抗，除此之外的因素还有电池内阻的增加和电极材料的极化。

3.2 低温环境会导致电池电解液的导电性能极速降低

Li等对 LiFePO4/Li半电池进行了深入研究，设定了常温至零下40度的温度范围，LiFePO4/Li半电池的电化学性能表明，LiFePO4/Li半电池在低温时表现的性能障碍，主要影响因素是低温环境下电解液的离子电导率极速降低。

3.3 低温环境会导致电池电极界面发生变化

低温环境中，锂离子电池电极材料具备较低的活性，会显著减少其发生氧化还原反应的电极面积，电荷在电极材料和电解液之间界面上进行转移时受到的阻抗会明显增大。

结束语

对于低温引起的锂离子电池放电容量在常温放电容量的下降，不同的电解液组引起的下降速率变化差异比较大;电芯中注入了相同的电解液组，不同的正负极的锰酸锂、石墨和NC的比例配方引起的放电容量在常温放电容量的下降速率也会产生比较大的下降速率差别。从未来发展趋势来看，具有优异综合性能的锂离子电池不仅仅需要具有良好的低温性能，而且还需兼顾常温性能。

参考文献：

[1]胡悦丽. 2013. 锉离子电池低温性能影响因素的分析与研究（硕士论文）. 2013，湖南大学.

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