环境温度对锂聚合物电池的使用有何影响?

聚合物锂电池的使用环境对其循环寿命有着至关重要的影响。其中,环境温度是一个非常重要的因素。过低或过高的环境温度都会影响锂聚合物电池的循环寿命。在动力电池应用以及温度影响较大的应用中,需要对锂聚合物电池进行热管理以提高电池效率。

 

锂聚合物电池组内部温度变化的原因

 

为了锂聚合物电池锂聚合物电池内部产生的热量包括反应热、极化热和焦耳热。电池温度升高的主要原因之一是电池内阻引起的温度升高。此外,由于发热的电池体排列密集,中间区域必然会聚集更多热量,而边缘区域则较少,这加剧了锂聚合物电池内部各单体电池之间的温差。

 

聚合物锂电池温度调节方法

 

  1. 内部调整

 

温度传感器将放置在最具代表性、温度变化最大的位置,特别是最高温度和最低温度的位置,以及聚合物锂电池热量积聚较强的中心区域。

 

  1. 外部监管

 

冷却调控:目前,考虑到锂聚合物电池热管理结构的复杂性,大多数采用结构简单的风冷方式;同时考虑到散热均匀性,大多数采用并联通风方式。

 

  1. 温度调节:最简单的加热结构是在锂聚合物电池的顶部和底部加装加热片来实现加热,也可以在每个锂聚合物电池前后设置加热管线,或者使用包裹在电池周围的加热膜。锂聚合物电池用于加热。

 

锂聚合物电池在低温下容量下降的主要原因

 

  1. 电解液导电性差、隔膜润湿性和/或渗透性差、锂离子迁移速度慢、电极/电解液界面电荷转移速率慢等。

 

2. 此外,低温下SEI膜的阻抗增大,减缓了锂离子通过电极/电解液界面的速率。SEI膜阻抗增大的原因之一是低温下锂离子更容易从负极脱离,更难嵌入SEI膜。

 

3. 充电时,锂金属会析出并与电解液反应,形成新的SEI膜覆盖原有的SEI膜,这会增加电池的阻抗,从而导致电池容量下降。

 

低温对锂聚合物电池性能的影响

 

1. 低温对充放电性能的影响

 

随着温度降低,平均放电电压和放电容量锂聚合物电池尤其是在温度为-20℃时,电池放电容量和平均放电电压下降得更快。

 

2. 低温对循环性能的影响

 

电池在-10℃时容量衰减更快,100次循环后容量仅剩59mAh/g,容量衰减率为47.8%;将低温放电后的电池在室温下进行充放电测试,并考察其容量恢复性能。结果显示,电池容量恢复至70.8mAh/g,容量损失率为68%。这表明低温循环对电池容量恢复的影响较大。

 

3. 低温对安全性能的影响

 

聚合物锂电池的充电过程是:锂离子从正极通过电解液迁移到负极材料中,并被聚合物捕获的过程。在低温下,化学反应活性降低,锂离子迁移速度减慢,负极表面未被聚合物捕获的锂离子被还原成锂金属,并在负极表面析出形成锂枝晶。这些枝晶容易刺穿隔膜,导致电池短路,从而损坏电池并引发安全事故。

 

最后,我们还要提醒您,锂聚合物电池最好不要在冬季低温环境下充电。由于低温,负极上的锂离子会形成离子晶体,直接刺穿隔膜,通常会导致微短路,影响电池寿命和性能,严重时甚至会直接爆炸。因此,有些人反映冬季不能给锂聚合物电池充电,这是因为部分电池带有电池管理系统,这是出于产品保护的考虑。


发布时间:2022年10月14日
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