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如今磷酸鐵鋰鋰離子電池低溫性能不斷突破 不怕天冷!

如今磷酸鐵鋰鋰離子電池低溫性能不斷突破 不怕天冷!

發布日期:2019-11-25 作者: 點擊:

  三元鋰離子電池低溫性能不斷突破天冷又怎樣?!


  天冷了,原本能量滿滿的鋰電池,容量上都要打一個折扣,鋰電池似乎進入了冬眠狀態,這給新能源汽車以及數碼產品用戶帶來不小的煩惱。今天這篇文章關注的話題,就是低溫對鋰電池的影響以及業界的研發進展情況。


  三元鋰離子電池Z怕是低溫?


  在美國汽車協會進行的測試中,一輛電動汽車在75華氏度(約合24℃)時的續航里程為105英里(約合169公里),20華氏度(約合7℃)時候就會降至43英里(約合69公里)——下降幅度高達60%。電池與人有幾分相似之處,氣候轉冷后就不那么活躍,鉛蓄電池、鋰電池和燃料電池等都會受到低溫的影響,只是程度不同而已。


  以電動客車上使用Z多的磷酸鐵鋰鋰離子電池為例,這種電池安全性高,單體壽命較長,但低溫性能比其他技術體系的電池略差。低溫對磷酸鐵鋰的正負極、電解液和粘接劑等都存在影響。比如,磷酸鐵鋰正極本身電子導電性比較差,低溫環境下容易產生極化,從而降低電池容量;受低溫影響,石墨嵌鋰速度降低,容易在負極表面析出金屬鋰,如果充電后擱置時間不足而投入使用,金屬鋰無法全部再次嵌入石墨內部,部分金屬鋰持續存在負極的表面,極有可能形成鋰枝晶,影響電池安全;低溫下,電解液黏度會增加,鋰離子遷移阻抗也會隨之增大;此外,在磷酸鐵鋰的生產工藝中,粘接劑也是一個非常關鍵的因素,低溫對粘接劑的性能也會產生較大影響。


  同樣是鋰電池,磷酸鐵鋰鋰離子電池的耐低溫性能則比較優異。尖晶石結構的鈦酸鋰負極材料嵌鋰電位約1.5V,不會形成鋰枝晶,在充放電過程中體積應變小于1%。納米化的鈦酸鋰電池可大電流充放電,實現了低溫快充的同時又保障了電池的耐久性和安全性。比如,主打鈦酸鋰電池的銀隆新能源,其產品具備在-50-60℃的正常充放電能力。


  盡管以石墨為負極的鋰離子電池可以在-40℃下放電,但要在-20℃及更低溫度下實現常規電流充電則比較困難,這也是業內正在積極探索的一個領域。


  業內對耐低溫鋰電池的探索


  業內企業及科研機構對電池耐低溫性能的探索和攻關,多著眼于對現有正負極材料的工藝改進,以及通過提高電池的局部環境溫度為電池在低溫下工作創造條件。


  現在的電池材料在走向納米化,材料的粒徑、電阻力、AB平面軸長大小三方面會影響電池的低溫特性。沃特瑪通過三種工藝制備磷酸鐵鋰材料,采用不同的工藝將其納米化和進行包覆,結果顯示,AB面軸長的增大使鋰離子遷移通道變大,這有利于提高電池的倍率性能;從三種工藝生產的材料來看,層間距大的顆粒石墨,本體阻抗和離子遷移阻抗比較??;電解液方面,沃特瑪在固定溶劑體系和鋰鹽基礎上,使用低溫添加劑,將放電容量從85%提高到90%。據了解,早在2016年底時,沃特瑪已經實現-20、-30、-40℃的環境里下,0.5C充電恒流比達62.9%,-20℃實現放電94%。目前,沃特瑪的低溫電池已經在內蒙古、東北三省等地區大范圍推廣。


  8月31日,北京理工大學等科研團隊宣布全氣候電池產品研發成功。技術人員利用金屬絲通電生熱的原理,在電芯上加裝鎳箔片,鎳箔片通電產生熱量,使電池內部溫度升高。達到一定溫度后,箔片會自動斷開以保障電池安全。據了解,在-30℃的實驗環境,應用這項技術的電池,30秒即能快速升溫至0℃以上,放電功率提高6倍以上,充電功率則提高10倍以上。該團隊相關人員表示,該技術并不改變電池原有結構,且改造成本極低,適用于鉛酸電池、鋰電池等各類電池。據電池中國網了解,采用該技術的全氣候電動汽車將于2017年12月底發布,預計2020年完成4種車型共11輛產品樣車的開發,并開始示范運行。


  據媒體報道,在9月20日落幕的2017年“創客中國”新疆創新創業大賽上,中科院新疆理化所博士王磊領銜開發的“全氣候鋰電池”奪得創客組一等獎,這種鋰電池可在-40℃~60℃的環境中穩定工作。目前,該團隊已完成了各種高低溫條件下的產品測試工作,即將進入商業化產品生產階段。


  2017年9月19日,70輛搭載微宏MpCO鋰電池的12米氣電混合動力公交車正式在內蒙古包頭上線。該地區Z低氣溫在-30℃以下,Z高氣溫可達39℃,包頭選用微宏快充電池系統,正是考慮到微宏快充電池優異的環境適應性。


  此外,鵬輝能源的動力電池可以在-20~60℃的環境中使用,不需要加熱和冷卻系統。桑頓新能源三元耐低溫性能有了較大提高,電芯可在-20℃環境下正常放電,可以滿足很多整車企業的需求。


  為何充電比放電更需要溫度?


  細心的讀者可能會發現,許多企業的電池產品能夠實現低溫下正常放電,但在同樣的溫度下,實現正常充電就比較吃力,甚至無法充電,為何?


  據業內人士解釋,Li+嵌入石墨材料時,首先要去溶劑化,這個過程會消耗一定能量,阻礙了Li+擴散到石墨內部;相反,Li+在脫出石墨材料進入到溶液中時,會有一個溶劑化過程,而溶劑化不消耗能量,Li+可以快速脫出石墨。因此,石墨材料的充電接受能力要明顯遜色于放電接受能力。


  低溫環境下,電池充電有一定的風險。因為隨著溫度的降低,石墨負極的動力學特性進步一變差,充電過程中,負極的電化學極化明顯加劇,析出的金屬鋰容易形成鋰枝晶,穿破隔膜并導致正負極短路。


  因此業內人士建議,盡量避免鋰離子電池在低溫下充電。當電池必須在低溫下充電時,需要盡可能選擇小電流(即慢充)對錳酸鋰鋰離子電池進行充電,并在充電后對鋰離子電池進行充分擱置,從而保證負極析出的金屬鋰能夠與石墨反應,重新嵌入到石墨負極內部。


  當然了,鈦酸鋰電池有著材料上的優勢,它在低溫下仍然可以實現快充,這種任性,其他材料電池很難學來。

本文網址:http://www.vinhomehanoi.com/news/437.html

關鍵詞:三元鋰離子電池,磷酸鐵鋰鋰離子電池,錳酸鋰鋰離子電池

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