溫度（高低溫試驗箱，溫差）對鋰電池性能的影響

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鋰電池中的磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池具有能量密度高、工作溫度範圍廣、循環壽命長和安全可靠的優(you) 點，被廣泛用於(yu) 新能源汽車的動力電池。但鋰電池在充放電過程中產(chan) 生可逆反應熱、歐姆熱、極化熱和副反應熱，電池的發熱量主要受其內(nei) 阻及充電電流的影響。

動力電池是非常“嬌貴"的。溫度對動力電池整體(ti) 性能有非常顯著的影響，主要體(ti) 現在使用性能、壽命和安全性三個(ge) 方麵。動力電池在電動汽車中的應用，一般要綜合考慮溫度對電池性能、壽命和安全的影響以確定電池工作範圍，並在此溫度範圍內(nei) 獲得性能和壽命的最佳平衡。普遍認為(wei) 電池最佳工作溫度區間為(wei) 20℃~30℃，實際項目中需根據電池相關(guan) 熱測試結果，確定電池的最佳工作溫度。

鋰電池容量會(hui) 隨著溫度的升高而變化，通過測試發現，溫度每上升1℃容量就上升原來的0.8%,但溫度的升高也會(hui) 損壞電池,電池循環壽命和容量都會(hui) 逐漸降低。根據試驗,在常溫25℃的環境下，如果溫度升高6~10℃時,會(hui) 因為(wei) 高溫增加電池的浮充電電流而導致電池的壽命減少一半。由於(yu) 過充電量的積累,電池的循環壽命縮短。

鋰電池的容量隨著溫度的升高而增加。如果電池溫度升高,總放電不變,放電深度就會(hui) 減小。當電池的溫度上升到45℃時,可以延長使用壽命。如果電池在溫度高於(yu) 50℃的環境下充電,酸會(hui) 加速在蓄電池極板上的腐蝕,而且溫度升高會(hui) 加速電池外殼的老化。

溫度的變化使得鋰電池可用容量會(hui) 有不同程度的衰減，具體(ti) 參考程度為(wei) ：-10℃時可用容量為(wei) 70%，0℃時可用容量為(wei) 85%，25℃時可用容量為(wei) 100%。因此，天氣變冷電池性能下降為(wei) 正常現象，當溫度降低時，電池放電電壓也大幅降低，這樣電池在低溫放電時就會(hui) 更快的到達放電截止電壓，從(cong) 而造成低溫放電容量明顯低於(yu) 常溫容量。

低溫對電池性能的影響

當鋰離子電池處於(yu) 低溫狀態時，其可用容量減少、充放電功率受限。如果對功率不加以限製，會(hui) 引起電池內(nei) 部鋰離子的析出，從(cong) 而引發電池容量不可逆的衰減，並且會(hui) 給電池的使用埋下安全隱患。環境溫度越低，電池內(nei) 活性物的活性越低，電解液內(nei) 阻和粘度越高，離子擴散越難，而且低溫下鋰離子在電極中的擴散速度慢，較難嵌入而易於(yu) 脫出，從(cong) 而使容量急速下降，因此，低溫下使用會(hui) 對電池壽命產(chan) 生很大的影響。

相信大家都有類似感受，鋰電池冬天使用時間比夏天短。可見鋰電池性能是受環境溫度影響的。在所有的環境因素中，溫度對鋰電池的充放電性能影響最大。一般鋰電池行業(ye) 的人都知道，鋰電池的充放電狀態是否穩定，溫度的變化起到了很大的影響因素，鋰電池在高溫和低溫環境下充放電，鋰電池的容量保持率就有所下降。

需要向大家說明的是，鋰離子電池低溫下的容量並非消失了，而隻是無法在正常電壓範圍（≥3.0V）內(nei) 全部放出而已，如果可以將放電截止電壓繼續下延，那就可以將剩餘(yu) 的容量放出。

在電極/電解液界麵上的電化學反應與(yu) 環境溫度有關(guan) ，電極/電解液界麵被視為(wei) 電池的心髒。如果溫度下降，電極的反應率也下降，假設電池電壓保持恒定，放電電流降低，電池的功率輸出也會(hui) 下降。

圖1是鋰離子電池在不同低溫下的放電容量曲線示意圖(這裏用來表示一般的變化趨勢)。跟室溫20℃相比，低溫-20℃下容量衰減已經比較明顯，到-30℃是容量損失更多，-40℃下容量連一半都不到了。

圖1 鋰離子電池在低溫下的容量衰減

這裏看一下影響低溫性能的因素。通過對比容量和電解液電導率關(guan) 係(圖2)可以看到，溫度越低，電池電解液的電導率越低。當電導率下降之後，溶液傳(chuan) 導活性離子的能力就下降，表現為(wei) 電池內(nei) 部反應的阻力就會(hui) 增加(這個(ge) 阻力在電化學裏麵用阻抗表示)，造成放電能力下降，即容量下降。更進一步，通過測量電池內(nei) 部各部分(正極、負極、電解液)阻抗可以看到各部分對電池阻抗的影響(圖3)。當溫度<-10℃左右，正極、負極(圖中以石墨為(wei) 例)的界麵阻抗快速增加，而電解液的阻抗大概在-20℃左右之後快速上升，這幾個(ge) 阻抗綜合結果就表現為(wei) 電池阻抗在<-10℃左右快速上升(圖中用Li-ion cell表示)。

圖2 不同溫度下電池容量和電解液電導率關(guan) 係

圖3 不同溫度下電池的內(nei) 部各部分的阻抗大小

相對於(yu) 低溫放電，鋰離子電池低溫充電的表現則更加不盡如人意，在低溫充電低於(yu) 0會(hui) 增大電池內(nei) 壓並可能時安全閥開啟，首先，低溫下的充電會(hui) 快速達到恒壓階段、並會(hui) 一定程度上降低充電容量、同時增加充電時間，不僅(jin) 如此，鋰離子電池在低溫充電時，鋰離子可能來不及嵌入石墨負極當中，從(cong) 而析出在負極表麵形成金屬鋰枝晶，這一反應會(hui) 消耗電池中的可以反複充放電的鋰離子、並大幅降低電池容量，析出的金屬鋰枝晶也可能會(hui) 刺穿隔膜，從(cong) 而影響安全性能。

鋰離子電池低溫放電容量會(hui) 降低，但是經過常溫充放電後可以恢複，是可逆的容量損失；但是低溫充電會(hui) 造成析鋰，是容量損失。由於(yu) 低溫充電析鋰的危害更大，因此鋰離子電池的低溫充電要比低溫放電管控的更嚴(yan) 。

冬天充電時，室外溫度較低，環境低於(yu) 0℃時，出現電池充電速度下降，甚至可能無法充電，此為(wei) 正常現象，請將電池放在適宜的環境溫度下進行充電，保證充電效果。

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