溫度（高低溫試驗(yàn)箱，溫差）對(duì)鋰電池性能的影響

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上海簡(jiǎn)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(dòng)試驗(yàn)機(jī)、機(jī)械沖擊機(jī)、跌落試驗(yàn)機(jī)的環(huán)境試驗(yàn)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(yàn)設(shè)備的公司。經(jīng)驗(yàn)豐富，并得到許多國內(nèi)外廠商的信賴與支持。現(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(zhǎng)和安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于新能源汽車的動(dòng)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(dòng)力電池是非常“嬌貴"的。溫度對(duì)動(dòng)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(gè)方面。動(dòng)力電池在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用，一般要綜合考慮溫度對(duì)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(xiàng)目中需根據(jù)電池相關(guān)熱測(cè)試結(jié)果，確定電池的最佳工作溫度。

鋰電池容量會(huì)隨著溫度的升高而變化，通過測(cè)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(huì)損壞電池,電池循環(huán)壽命和容量都會(huì)逐漸降低。根據(jù)試驗(yàn),在常溫25℃的環(huán)境下，如果溫度升高6~10℃時(shí),會(huì)因?yàn)楦邷卦黾与姵氐母〕潆婋娏鞫鴮?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(huì)減小。當(dāng)電池的溫度上升到45℃時(shí),可以延長(zhǎng)使用壽命。如果電池在溫度高于50℃的環(huán)境下充電,酸會(huì)加速在蓄電池極板上的腐蝕,而且溫度升高會(huì)加速電池外殼的老化。

溫度的變化使得鋰電池可用容量會(huì)有不同程度的衰減，具體參考程度為：-10℃時(shí)可用容量為70%，0℃時(shí)可用容量為85%，25℃時(shí)可用容量為100%。因此，天氣變冷電池性能下降為正常現(xiàn)象，當(dāng)溫度降低時(shí)，電池放電電壓也大幅降低，這樣電池在低溫放電時(shí)就會(huì)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。

低溫對(duì)電池性能的影響

當(dāng)鋰離子電池處于低溫狀態(tài)時(shí)，其可用容量減少、充放電功率受限。如果對(duì)功率不加以限制，會(huì)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(huì)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(huì)對(duì)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(shí)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(duì)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(huì)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(shì))。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(duì)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(huì)增加(這個(gè)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(cè)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(duì)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(gè)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(duì)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(huì)增大電池內(nèi)壓并可能時(shí)安全閥開啟，首先，低溫下的充電會(huì)快速達(dá)到恒壓階段、并會(huì)一定程度上降低充電容量、同時(shí)增加充電時(shí)間，不僅如此，鋰離子電池在低溫充電時(shí)，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(huì)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(huì)刺穿隔膜，從而影響安全性能。

鋰離子電池低溫放電容量會(huì)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(huì)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(shí)，室外溫度較低，環(huán)境低于0℃時(shí)，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(qǐng)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(jiǎn)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(dòng)試驗(yàn)機(jī)、機(jī)械沖擊機(jī)、跌落試驗(yàn)機(jī)的環(huán)境試驗(yàn)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(yàn)設(shè)備。經(jīng)驗(yàn)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(cè)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(cè)、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(cè)試設(shè)備裝置。公司擁有一支的研發(fā)、生產(chǎn)和售後隊(duì)伍，從產(chǎn)品的研發(fā)到售后服務(wù)，每一個(gè)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)。

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  為適應(yīng)市場(chǎng)快速變化及客戶多樣化的要求，上海簡(jiǎn)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)。

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• 簡(jiǎn)戶是集設(shè)計(jì)、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(gè)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(yàn)豐富、資歷雄厚，帶領(lǐng)簡(jiǎn)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(cè)試設(shè)備裝置。
  

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• 簡(jiǎn)戶擁有一支的研發(fā)、生產(chǎn)和售后服務(wù)隊(duì)伍，從產(chǎn)品的研發(fā)到售后服務(wù)，每一個(gè)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(yàn)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(huì)會(huì)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(huì)民企館。簡(jiǎn)戶自創(chuàng)辦以來，參與3項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)起草與制定，獲得40+件原創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)、軟著、集成電路)，6次獲得上海科技型中小企業(yè)稱號(hào)，合作過3200+家合作客戶(其中世界500強(qiáng)高校600家)。
  

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• 簡(jiǎn)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！

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