温度低了就“趴窩”,鋰電池為何會怕冷?會不會受傷害呢?

温度低了就“趴窩”,鋰電池為何會怕冷?會不會受傷害呢?

文/桃李

新能源汽車作為目前汽車消費市場的主力產品,其在市場上的佔比隨着國家政策的支持以及消費者接受程度的提升而不斷不斷提高。雖然目前我國的新能源汽車的保有量已經突破了一千萬輛,但是後續的進展似乎有所放緩。這裏面有多方面原因的影響,比如電池的安全性、電動汽車的續航能力、電池的充電效率等問題,除此之外,電動汽車的使用限制也是一大問題。

我們都知道,電動汽車的實際續航跟官方標明的續航是存在一定的差距的,而這些差距會隨着外部環境的改變而不斷拉大,其中最大的一個影響因素就是温度。當温度低於零下10攝氏度時,電池的容量可能就只有正常情況下的一半左右,那麼問題來了,電動汽車為什麼會怕冷呢?低温又會對其產生什麼樣的影響呢?

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首先我們需要知道,鋰離子電池是由正極、負極、電解液以及隔膜組成。鋰離子電池的充放電過程,就是鋰離子的嵌入和脱嵌過程,簡單來説就是鋰離子在正負極之間來回的運動過程。在充電過程中,電池的正極有鋰離子生成,生成的鋰離子從正極“跳進”電解液裏,並穿過隔膜到達負極,與早就通過外部電路跑到負極的電子結合在一起。

而在放電過程中,電子和鋰離子同時朝着正極運動,它們方向相同但路徑不同,電子從負極通過外部電路跑到正極;鋰離子則是從負極“跳進”電解液裏,再次經過隔膜游回正極,與早就跑過來的電子結合在一起。至於我們所説的電池容量其實指的就是放電容量。

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在電池中既有固體材料也有液體材料,固體材料擺脱不了熱脹冷縮的原理,面對低温狀態,正負極材料會收縮,其所能嵌入的鋰離子數量就會降低,大量的鋰離子就只能呆在電解液之中沒辦法和電子相遇;同時電解液在低温下會變得粘稠甚至是凝固,鋰電池的導電鋰鹽的活力會下降,鋰離子的運動也會變得更加緩慢,相應的,鋰電池的充電過程也會變得緩慢。

對於鋰離子電池而言,長時間處在低温狀態下會對自身產生不可逆的損傷。剛才説到在低温下正負極材料嵌入鋰離子的能力會下降,導致大量的鋰離子堆積在電解液之中,充電時,鋰離子擠不進石墨層裏就會直接在負極表面得到電子變成金屬鋰,堆積成鋰枝晶,大量的鋰枝晶會刺穿隔膜;放電時,鋰離子擠在正極晶格表面,又容易造成正極的破裂,出現“死鋰”。

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另外,鋰離子電池負極材料的鋰化電位常常低於有機電解液的還原分解電位,因此會形成一層鈍化層,即SEI膜。低温狀態下會導致負極形成越來越厚的SEI膜,循環鋰在這個過程中被損耗,阻抗也會越來越大。而無論哪種情況都會影響到電池的性能。

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除此之外,低温對於鋰離子電池的影響可能是永久性的,它的性能並不會因為温度迴歸正常而完全恢復。有實驗表明,電池在低温下放置48h後繼續放到室温下靜置,當以慢充充電時,容量會損失3.2%,而使用快充時,容量損失則達6%。所以為了保證電池的容量和壽命,最好不要將其放置在低温環境下。

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總結:

目前對於電動汽車來説,要想進一步發展,攻克電池在低温環境下的難題是十分必要的,目前的電動汽車主要是在南方得到了發展,而在寒冷的東北很難有所發揮,雖然目前通過電池的熱管理系統可以改善這一問題,但是電池面對低温環境續航能力就下降的問題還是會存在,想要得到更大的發揮空間,就必須進一步打破外部環境的限制。

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