溫度變化對鋰電池充放電有何影響

一般電池行業(yè)的人都知道，鋰電池的充放電狀態(tài)是否穩(wěn)定，溫度的變化起到了很大的影響因素，鋰電池在高溫和低溫環(huán)境下充放電，鋰電池的容量保持率就有所下降，在所有的環(huán)境因素中，溫度對鋰電池的充放電性能影響最大，在電極/電解液界面上的電化學反應與環(huán)境溫度有關，電極/電解液界面被視為電池的心臟。如果溫度下降，電極的反應率也下降，假設電池電壓保持不變，放電電流降低，鋰電池的功率輸出也會下降。如果溫度上升則相反，即電池輸出功率會上升，溫度也影響電解液的傳送速度溫度上升則加快，傳送溫度下降，傳送減慢，電池充放電性能也會受到影響。但溫度太高，超過45℃鋰離子電池越來越廣泛地應用到人們的生產(chǎn)生活當中，這使得它的溫度環(huán)境成為關注的要點，相對來說，鋰電池更容易在高溫環(huán)境下產(chǎn)生安全問題，因此，必須對鋰電池進行高溫性能的測試，并與其常溫測試數(shù)據(jù)相比較。

溫度的變化直接影響了鋰電池的放電性能和放電出來的容量大小。溫度降低，電池內(nèi)阻加大，電化學反應速度放慢，極化內(nèi)阻迅速增加，電池放電容量和放電平臺下降，影響電池功率和能量的輸出。對于鋰離子電池，低溫條件下放電容量急劇下降，但在高溫情況下放電容量并不比常溫低，有時還會略高于常溫容量，主要是高溫情況下鋰離子遷移速度加快，鋰電極不像鎳電極和和貯氫電極那樣在高溫情況下產(chǎn)生分解或形成氫氣使容量下降。電池模塊低溫放電時，隨著放電的進行，由于電阻等原因產(chǎn)生熱量，使電池溫度升高，表現(xiàn)為電壓有抬升現(xiàn)象，隨著放電的進行，電壓再逐漸下降。

目前鋰電池行業(yè)還沒有明確的理論支撐其各溫度性能下的內(nèi)阻、放電平臺、壽命、容量等必然聯(lián)系，相關的計算公式和數(shù)學模型還在摸索階段。在實際的實驗證明下，鋰電池對0-40℃這個區(qū)間的溫度并不敏感，如果在充放電時溫度變化低于0℃或者高于40℃，鋰電池的循環(huán)壽命和容量就會低于正常數(shù)值，溫度超出的范圍越大，容量與壽命就較少的越多。打個比方：一到了冬天特別是北方較寒冷的地區(qū)，手機電池電量使用的時間要比夏天短很多，這就是與溫度變化有關，并不是手機電池不耐用的原因。

不同材料鋰電池的低溫性能也有區(qū)別，舉個例子磷酸鐵鋰是低溫性能最差的，我們恒帝電池研發(fā)的磷酸鐵鋰電池在-10℃時放出容量為最大容量的89%，應該在業(yè)內(nèi)已經(jīng)是比較高的；在55℃下放出容量可達到95%，相對低溫的衰減還是比較少的。但是錳酸鋰、鈷酸鋰和三元產(chǎn)品的低溫性能要好一些，但是也有限；而犧牲的是高溫性能。現(xiàn)在業(yè)內(nèi)吹磷酸鐵鋰安全性能高，高溫性能好，其實是電池活性沒有上述三種高，相對安全一些。整體性能還是不如錳鋰或三元的。一到了冬天特別是北方較寒冷的地區(qū)，手機電池電量使用的時間要比夏天短很多。

鋰離子電池越來越廣泛地應用到人們的生產(chǎn)生活當中，這使得它的溫度環(huán)境成為關注的要點，相對來說，鋰電池更容易在高溫環(huán)境下產(chǎn)生安全問題，因此，必須對鋰電池進行高溫性能的測試，并與其常溫測試數(shù)據(jù)相比較。

測試條件：選擇兩只恒帝電池生產(chǎn)的聚合物鋰電池603048-950mAh方形鋰電池，分別在25℃(常溫)和60℃(高溫)下進行。

充放電制度設計：適用恒流恒壓充電和恒流放電制度。充電終止電壓為4.2V，放電終止電壓為3.0V。首先以1C即950mA充電至4.2V，再以4.2V恒壓充電直至截止電流到20mA;然后以950mA恒流放電至3.0V，如此循環(huán)充放電300次。

這里截取三個節(jié)點：即第50次、150次、300次充放電循環(huán)。

一、在前50次循環(huán)過程中：
1、25℃下的表現(xiàn)：容量衰減過程略有起伏，但并非線性，50次后的放電容量保持在96.6%；
2、60℃下的表現(xiàn)：容量衰減過程接近于線性，50次后的放電容量保持在95.5%。

這說明，在50次以內(nèi)較少的循環(huán)時，高溫循環(huán)穩(wěn)定性略差于常溫循環(huán)穩(wěn)定性。但這里有一個很重要的現(xiàn)象，即鋰電池在高溫條件下放出的電量高于電池的額定容量，這里的原因在于，高溫時電解質(zhì)的黏度降低，從而加快了鋰離子的遷移速度，這時，不但放電容量高于額定容量，而且充入的電量更高。

二、在前150次循環(huán)過程中：
1、60℃下放出的容量每次都大于25℃時放出的容量;
2、60℃下初始容量為1020mAh，高于額定容量，25℃下初始容量為930mAh ，但60℃時容量衰減較快。

三、300次循環(huán)后的狀態(tài)：這時，常溫狀態(tài)下的指標全面優(yōu)化，在保持較慢的容量衰減速度時，其容量可以保持在800mAh，而60℃時只有730 mAh。此時，60℃下的充放電電壓平臺越來越低，而常溫下幾乎不變。

上述容量衰減的表現(xiàn)還可以從鋰電池充電在不同溫度下的電量補充情況進行佐證：在25℃下經(jīng)過300次循環(huán)后，其恒流充電和恒壓充電的比例變化不大，但在60℃時，恒流充電所獲得的電量補充逐漸減少，而恒壓階段獲得的電量顯著增加。這是由于電池極化現(xiàn)象引起的。