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溫度(高低溫試驗箱,溫差)對鋰電池性能的影響
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上海簡戶儀器設(shè)備有限公司是一家高科技合資企業(yè),專業(yè)生產(chǎn)銷售鹽霧箱、恒溫恒濕機(jī)、冷熱沖擊機(jī)、振動試驗機(jī)、機(jī)械沖擊機(jī)、跌落試驗機(jī)的環(huán)境試驗儀器的公司,是一家具有研發(fā)生產(chǎn)銷售經(jīng)營各類可靠性環(huán)境試驗設(shè)備的公司。經(jīng)驗豐富,并得到許多國內(nèi)外廠商的信賴與支持?,F(xiàn)在我們成為許多品牌的供應(yīng)商。
鋰電池中的磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池具有能量密度高、工作溫度范圍廣、循環(huán)壽命長和安全可靠的優(yōu)點(diǎn),被廣泛用于新能源汽車的動力電池。但鋰電池在充放電過程中產(chǎn)生可逆反應(yīng)熱、歐姆熱、極化熱和副反應(yīng)熱,電池的發(fā)熱量主要受其內(nèi)阻及充電電流的影響。
動力電池是非?!皨少F"的。溫度對動力電池整體性能有非常顯著的影響,主要體現(xiàn)在使用性能、壽命和安全性三個方面。動力電池在電動汽車中的應(yīng)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范圍,并在此溫度范圍內(nèi)獲得性能和壽命的最佳平衡。普遍認(rèn)為電池最佳工作溫度區(qū)間為20℃~30℃,實(shí)際項目中需根據(jù)電池相關(guān)熱測試結(jié)果,確定電池的最佳工作溫度。
鋰電池容量會隨著溫度的升高而變化,通過測試發(fā)現(xiàn),溫度每上升1℃容量就上升原來的0.8%,但溫度的升高也會損壞電池,電池循環(huán)壽命和容量都會逐漸降低。根據(jù)試驗,在常溫25℃的環(huán)境下,如果溫度升高6~10℃時,會因為高溫增加電池的浮充電電流而導(dǎo)致電池的壽命減少一半。由于過充電量的積累,電池的循環(huán)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,放電深度就會減小。當(dāng)電池的溫度上升到45℃時,可以延長使用壽命。如果電池在溫度高于50℃的環(huán)境下充電,酸會加速在蓄電池極板上的腐蝕,而且溫度升高會加速電池外殼的老化。
溫度的變化使得鋰電池可用容量會有不同程度的衰減,具體參考程度為:-10℃時可用容量為70%,0℃時可用容量為85%,25℃時可用容量為100%。因此,天氣變冷電池性能下降為正?,F(xiàn)象,當(dāng)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更快的到達(dá)放電截止電壓,從而造成低溫放電容量明顯低于常溫容量。
當(dāng)鋰離子電池處于低溫狀態(tài)時,其可用容量減少、充放電功率受限。如果對功率不加以限制,會引起電池內(nèi)部鋰離子的析出,從而引發(fā)電池容量不可逆的衰減,并且會給電池的使用埋下安全隱患。環(huán)境溫度越低,電池內(nèi)活性物的活性越低,電解液內(nèi)阻和粘度越高,離子擴(kuò)散越難,而且低溫下鋰離子在電極中的擴(kuò)散速度慢,較難嵌入而易于脫出,從而使容量急速下降,因此,低溫下使用會對電池壽命產(chǎn)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(huán)境溫度影響的。在所有的環(huán)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(yè)的人都知道,鋰電池的充放電狀態(tài)是否穩(wěn)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(huán)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并非消失了,而只是無法在正常電壓范圍(≥3.0V)內(nèi)全部放出而已,如果可以將放電截止電壓繼續(xù)下延,那就可以將剩余的容量放出。
在電極/電解液界面上的電化學(xué)反應(yīng)與環(huán)境溫度有關(guān),電極/電解液界面被視為電池的心臟。如果溫度下降,電極的反應(yīng)率也下降,假設(shè)電池電壓保持恒定,放電電流降低,電池的功率輸出也會下降。
圖1是鋰離子電池在不同低溫下的放電容量曲線示意圖(這里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(jīng)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
這里看一下影響低溫性能的因素。通過對比容量和電解液電導(dǎo)率關(guān)系(圖2)可以看到,溫度越低,電池電解液的電導(dǎo)率越低。當(dāng)電導(dǎo)率下降之后,溶液傳導(dǎo)活性離子的能力就下降,表現(xiàn)為電池內(nèi)部反應(yīng)的阻力就會增加(這個阻力在電化學(xué)里面用阻抗表示),造成放電能力下降,即容量下降。更進(jìn)一步,通過測量電池內(nèi)部各部分(正極、負(fù)極、電解液)阻抗可以看到各部分對電池阻抗的影響(圖3)。當(dāng)溫度<-10℃左右,正極、負(fù)極(圖中以石墨為例)的界面阻抗快速增加,而電解液的阻抗大概在-20℃左右之后快速上升,這幾個阻抗綜合結(jié)果就表現(xiàn)為電池阻抗在<-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(dǎo)率關(guān)系
圖3 不同溫度下電池的內(nèi)部各部分的阻抗大小
相對于低溫放電,鋰離子電池低溫充電的表現(xiàn)則更加不盡如人意,在低溫充電低于0會增大電池內(nèi)壓并可能時安全閥開啟,首先,低溫下的充電會快速達(dá)到恒壓階段、并會一定程度上降低充電容量、同時增加充電時間,不僅如此,鋰離子電池在低溫充電時,鋰離子可能來不及嵌入石墨負(fù)極當(dāng)中,從而析出在負(fù)極表面形成金屬鋰枝晶,這一反應(yīng)會消耗電池中的可以反復(fù)充放電的鋰離子、并大幅降低電池容量,析出的金屬鋰枝晶也可能會刺穿隔膜,從而影響安全性能。
鋰離子電池低溫放電容量會降低,但是經(jīng)過常溫充放電后可以恢復(fù),是可逆的容量損失;但是低溫充電會造成析鋰,是容量損失。由于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(yán)。
冬天充電時,室外溫度較低,環(huán)境低于0℃時,出現(xiàn)電池充電速度下降,甚至可能無法充電,此為正常現(xiàn)象,請將電池放在適宜的環(huán)境溫度下進(jìn)行充電,保證充電效果。
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上海簡戶儀器設(shè)備有限公司是一家高科技合資企業(yè),生產(chǎn)銷售鹽霧箱、恒溫恒濕機(jī)、冷熱沖擊機(jī)、振動試驗機(jī)、機(jī)械沖擊機(jī)、跌落試驗機(jī)的環(huán)境試驗儀器的公司,研發(fā)生產(chǎn)銷售經(jīng)營各類可靠性環(huán)境試驗設(shè)備。經(jīng)驗豐富,并得到許多國內(nèi)外廠商的信賴與支持。自公司成立以來,多次服務(wù)于國內(nèi)外大學(xué)和研究所等檢測機(jī)構(gòu),如清華大學(xué)、蘇州大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、法國申美檢測、中科院物理所、中科院,SGS等**單位提供實(shí)施室方案和設(shè)備及其相關(guān)服務(wù)。努力開發(fā)半導(dǎo)體、光電、光通訊、航天太空、生物科技、食品、化工、制藥等行業(yè)產(chǎn)品所需的測試設(shè)備裝置。公司擁有一支的研發(fā)、生產(chǎn)和售後隊伍,從產(chǎn)品的研發(fā)到售后服務(wù),每一個環(huán)節(jié)都以客戶的觀點(diǎn)與需求作為思考的出發(fā)點(diǎn)。
為適應(yīng)市場快速變化及客戶多樣化的要求,上海簡戶儀器設(shè)備有限公司研發(fā)了性能與可靠性**JianHuTest產(chǎn)品系列.從精密零件到電腦資訊系統(tǒng)及有線無線通訊產(chǎn)業(yè),均可提供高品質(zhì)的設(shè)備與完善的售后服務(wù)。
上海簡戶榮獲企業(yè),表明上海簡戶在技術(shù)、科技成果轉(zhuǎn)化、擁有自主知識產(chǎn)權(quán)等方面得到了國家的高度認(rèn)可。簡戶一直秉承"服務(wù)以人為本"的宗旨,為廣大客戶提供精良的設(shè)備及優(yōu)質(zhì)的服務(wù),提供的送貨上門、安裝調(diào)試、一年的設(shè)備保養(yǎng)、終身維修,技術(shù)指導(dǎo)服務(wù)。始終如一的以"努力、合作、飛躍"的精神自我完善、不斷發(fā)展、讓客戶與公司實(shí)現(xiàn)雙贏局面。
簡戶是集設(shè)計、銷售、研發(fā)、維修服務(wù)等為一體的綜合集團(tuán)公司,從產(chǎn)品的研發(fā)到售后服務(wù),每一個環(huán)節(jié)之間,都以客戶的觀點(diǎn)與需求作為思考的出發(fā)點(diǎn),提供的環(huán)境設(shè)備。公司創(chuàng)始人從事儀器設(shè)備行業(yè)20余年,經(jīng)驗豐富、資歷雄厚,帶領(lǐng)簡戶公司全體同仁攜手共建輝煌明天。公司成立以來,積極投入電子電工,航空,航天,生物科技,各大院校,及科研單位等行業(yè)所需的產(chǎn)品測試設(shè)備裝置。
簡戶擁有一支的研發(fā)、生產(chǎn)和售后服務(wù)隊伍,從產(chǎn)品的研發(fā)到售后服務(wù),每一個環(huán)節(jié)都以客戶的觀點(diǎn)與需求作為思考的出發(fā)點(diǎn),目前擁有博士學(xué)位2人,碩士5人,參與環(huán)境試驗箱國家標(biāo)準(zhǔn)起草和發(fā)行。企業(yè)制定標(biāo)準(zhǔn),行業(yè)里通過ISO9001。是中國儀器儀表學(xué)會會員和理事單位。曾榮獲CCTV《中國儀器儀表20強(qiáng)品牌》殊榮,2010年入駐上海世博會民企館。簡戶自創(chuàng)辦以來,參與3項國家標(biāo)準(zhǔn)起草與制定,獲得40+件原創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)、軟著、集成電路),6次獲得上??萍夹椭行∑髽I(yè)稱號,合作過3200+家合作客戶(其中世界500強(qiáng)高校600家)。
簡戶儀器今后必將牢記為客戶提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品和服務(wù)的宗旨,不忘為行業(yè)貢獻(xiàn)前沿科學(xué)和技術(shù)的初心,再接再厲,砥礪前行!
【簡戶儀器簡介:成立2005年,是一家研發(fā),生產(chǎn),銷售及售后齊全的綜合性設(shè)備生產(chǎn)單位,多次評為科技型中小企業(yè),,客戶遍布高分子,汽車,半導(dǎo)體,塑膠,五金,科研院校,第三方檢測等】
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