鋰離子電池能量密度高，設(shè)計(jì)靈活，循環(huán)壽命長、 無記憶效應(yīng)自放電率低.對(duì)環(huán)境無污染等顯著特點(diǎn)，在移動(dòng)式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車以及工等高技術(shù)領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，但是由于電動(dòng)汽車、航天及軍事等領(lǐng)域的使用環(huán)境比較苛刻，要求鋰離子電池要在較寬的溫度范圍內(nèi)使用，因比其高低溫性能一直備受人們的關(guān)注。本文以一種國內(nèi)已商品化的鋰離子電池的科研改進(jìn)型號(hào)為研究對(duì)象，對(duì)其在高低溫條件下的性能進(jìn)行了測(cè)試，為廠家改進(jìn)電池工藝提供了一定的數(shù)據(jù)參考。
01、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)的儀器和材料 高低溫試驗(yàn)箱
1.1儀器與材料
實(shí)驗(yàn)儀器∶高精度電池性能測(cè)試系統(tǒng)-高低溫試驗(yàn)箱
實(shí)驗(yàn)電池∶國產(chǎn)電池芯、標(biāo)稱電壓37V、標(biāo)稱容量11 Ah。
1.2 實(shí)驗(yàn)方法及條件
（1）試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作∶
a.在常溫（23±2）℃下，將試驗(yàn)中使用的電池穩(wěn)定循環(huán)5次。
充放電條件∶使用電池3500 mA恒流充電到4.2 V轉(zhuǎn)恒壓充電至350 mA；充放電間擱置1h∶用3500 mA恒流放電至27 V.
b.電池分別在-20℃和65℃在環(huán)境條件下擱置6 h，在不同的溫度下（-20℃和65℃）以下充放電實(shí)驗(yàn)。
（2）高低溫充放電
將電池放置在高低溫試驗(yàn)箱(65)中℃C）或調(diào)溫調(diào)濕箱（-20℃C）中，用3 500 mA恒流充電到42 V轉(zhuǎn)恒壓充電至350 mA;充放電之間擱置1h;用3500 mA恒流放電至27V。
02、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論
2.1鋰離子電池的低溫充放電性能
常溫(23)電池±2）℃和低溫（-20 ℃）通過恒流恒壓充電容量和常溫和低溫下總充電容量的值可以看出，與常溫充電過程相比，電池在低溫恒流充電過程中的端電壓升高（可能是在低溫條件下，電池極化較大，相應(yīng)電壓變化較大），恒流充電時(shí)間降低，恒壓充電時(shí)間顯著延長，使電池平均充電電壓升高，充電效率降低。電池的恒流充電容量和總充電容量降低。
在室溫下，電池的恒流充電容量與總充電容量之比為52%; 當(dāng)溫度降至-20時(shí) ℃，電池恒流充電容量與總充電容量的比例僅為6.2%。原因分析∶電池在低溫下，電池中的活性物質(zhì)的化學(xué)活性降低;電解液中的部分溶劑凝固，導(dǎo)致Lit遷移量減少，導(dǎo)電性降低；電池充電過程中大量金屬鋰沉積，濃差極化增加，電壓迅速升高。
電池分別在常溫（23±2）℃和低溫-20 ℃條件下的放電通過恒流恒壓充電容量和常溫和低溫下總充電容量的值可以看出∶在-20 ℃時(shí)，相對(duì)于常溫而言下降比較快，鋰離子電池放電過程，放電平均電壓降低。這可能是由于在低溫條件下，濃度極化和申化學(xué)極化均增大，低溫下歐姆極化，電解液的離子導(dǎo)電率降低，在電池放電就表現(xiàn)為放電電壓的降低。
由于低溫時(shí)的充電效率不高，導(dǎo)致其放電容量也相應(yīng)下降， 從電池的微觀來看，低溫（<0℃C）充電會(huì)引發(fā)鋰離子還原成金屬鋰枝晶反應(yīng)，這種鋰金屬枝晶，銳角鋒利，易刺穿電池內(nèi)部隔膜，引發(fā)電池內(nèi)短路，存在一定的安全隱患。
2.2鋰離子電池的高溫充放電性能
電池分別在常溫(23)±2）℃和高溫65℃充電通過恒流恒壓充電容量和常溫和低溫下總充電容量的值可以看出，與室溫充電過程相比，電池在高溫下的充電電壓迅速升高到充電限制電壓；恒流充電時(shí)間明顯降低，恒壓充電時(shí)間幾乎為0，整個(gè)充電過程迅速結(jié)束。電池在65℃儲(chǔ)存一段時(shí)間后，在這種情況下，充電容量僅為室溫20.8%。這是由于電池正負(fù)極材料表面在高溫條件下充電EIS膜表面變化、電解質(zhì)等在高溫溫條件下發(fā)生一定的副反應(yīng)以及活性鋰的減少電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的發(fā)生不可逆變化，增加了電池的內(nèi)阻。同時(shí)，電池中的一些添加劑有利于在室溫下提高電池性能，但在高溫下可能就不能發(fā)揮同樣的作用。
通過以上實(shí)驗(yàn)可以看出;在65℃時(shí)鋰離子電池的放電起始電壓明顯下降，放電時(shí)間減少;同時(shí)由于充電接受能力下降造成充電容量降低故其放電容量低。
隨后將該電池重新置于室溫環(huán)境擱置一段時(shí)間待其穩(wěn)定后，再對(duì)其進(jìn)行充放電實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)這種由于高溫引起的變化持續(xù)出嚴(yán)重的不可逆性。這可能是高溫條件下，引起了電池電解液的分解或者是電池材料的結(jié)構(gòu)發(fā)生了不可逆的變化，導(dǎo)致電池在高溫條件下充放電電壓的容量下降。電池經(jīng)高溫充放電后，電池在室溫下擱置觀察無變形，無爆炸等現(xiàn)象，這些指標(biāo)均符合電池標(biāo)準(zhǔn)要求。
03、結(jié)論
電池在低溫-20℃和高溫65 ℃下的充放電性能進(jìn)行了測(cè)試，研究表明∶在-20℃低溫?cái)R置后，該電池外形沒有發(fā)生變化，在低溫下充電的容量為常溫的83%;在65℃高溫?cái)R置后，電池在高溫下充電的容量僅為常溫的20.8%，再將電池恢復(fù)至常溫后其容量無法恢復(fù)。可見該電池的低溫充放電性能優(yōu)于高溫充放電性能。以上資料數(shù)據(jù)來源于網(wǎng)絡(luò)文獻(xiàn)資料，想要了解更多關(guān)于鋰電池高低溫試驗(yàn)箱的資訊，可以持續(xù)關(guān)注我司網(wǎng)站。
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