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低温时不能给锂电池充电的理由是什么?

2020-12-29   点击量:372

锂电池的工作原理为主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中,Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电池时,Li+从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂状态;放电时则相反。由于锂离子电池活性高,一致性也是一个问题,所以即使同一批次、同种材料、同种工艺的产品,性能也会有很大区别,我们就无法定一个标准量。


对于锂离子电池而言,不论是国标还是企标,对放电的下限温度都有着严格的限制:不低于-20℃。而对于充电温度而言,则不仅会像放电一样规定最低温度,甚至明确规定低温下只能小倍率充电、且不能满充(例如0~15度时只能0.2C充电,且上限电压是4.0V)。现在一般的动力锂电池使用温度范围都可以控制在-20度-60度之间。只要在可控温度范围内,充电是不会又安全问题的。另外,现在的电池出厂之前,或者在客户审查之时都要做低温和高温充放电测试的,测试不合格的电池是不可以流入市场。

目前,锂电池是应用在电动汽车上最多的电池,这种电池安全性高,单体寿命较长,但有一个致命的缺点是:在低温性能比其他技术体系的电池略差,低温对锂电池的正负极、电解液和粘接剂等都存在影响。


锂电池在低温充电时,锂离子可能来不及嵌入石墨负极当中,从而析出在负极表面形成金属锂枝晶,这一反应会消耗电池中的可以反复充放电的锂离子、并大幅降低电池容量,析出的金属锂枝晶也可能会刺穿隔膜,从而影响安全性能。


尽量避免锂电池在低温下充电。,当电池必须在低温下充电时,需求尽或许挑选小电流对锂离子电池进行充电,并在充电后对锂离子电池进行充沛放置,然后确保负极分出的金属锂能够与石墨反应,从头嵌入到石墨负极内部。


锂电池低温环境充电的影响


低温下电池中的金属锂会产生沉积现象,不再和物质发生化学反应,从而发生电池内部短路的情况。因为随着温度的降低,石墨负极的动力学与热力学特性进步一变差,充电过程中,负极的电化学极化明显加剧,析出的金属锂容易形成锂枝晶,穿破隔膜并导致正负极短路。


电极的反应率也下降,假设电池电压保持恒定,放电电流降低,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,锂电池充放电性能也会受到影响。


锂电池所用的电解液作为有机液体,会在低温下变粘稠甚至凝结,此时,导电的锂盐在里面的活动大大受到限制,这样的话充电效率很低,从而会导致锂电池在低温下充电慢,充不满,放电亦是如此。


随着温度的降低,锂电池放电性能显著下降,放电平台明显降低,放电容量明显减小;当温度降至-30℃时,电池的放电容量为室温放电容量的87.0%,放电平均电压比室温时降低了0.598V,而起存储的能量仅为普通环境的70%左右。


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