锂电池高温、低温环境下(低于20℃)以及长期的低温使用环境都会对锂电池的性能造成不良影响。低温会降低锂离子在隔膜中所产生的负极性,使其无法形成锂离子的可逆复合膜,从而导致电池在使用过程中析出大量结晶,降低了电池的电化学性能。高温会加速电解液分解和产生有害物质(尤其是Na2SO4),从而降低电池性能。此外,高温也为材料产生结晶,导致电池性能恶化,并导致爆炸的风险。低温下(低于10℃)或长期使用后,温度过高会使材料分解产生一系列有害物质以及温度越高发生化学反应越多。在锂离子电池中还含有正极基质以及电解液成分,而电解液成分会对锂离子与电解液反应产生不良影响。
1、在实际应用中,常见的三种锂电池类型
目前,锂离子电池有三种类型:全固态电池、可充电锂离子电池和非全固态锂离子电池。在锂电池中,可充电锂离子电池具有以下特点:能量密度高、循环次数高、充电速度快;在常温下,可在-20℃~40℃下使用;无高温热失控危险;热失控容易检测、修复;放电电压快且容量高。在可充电锂电芯中,三元锂电池与全固态电池相比,不仅能量密度高,而且循环次数更多。这种电池可以承受高达100次以上循环,并且可以在低温环境下长期使用,并可在极寒地区使用。因此,三元锂电池是目前锂电池应用领域中最常用。但随着市场需求增长,三元锂电池也越来越受到广泛关注和重视,而且其安全性已成为人们最关注、讨论最为热烈的问题之一。
2、锂电池高温状态下的性能降低原因
高温会加速电解液分解和产生有害物质,而固态电解液由于锂是一种惰性介质,其分解速度快于固态电解液,所以电解液成分对正极基质产生不良影响,也会加速Na2SO4分解。在高温状态下,Na2SO4难以形成可逆复合膜,从而导致电极性能下降。此外,电解液成分会影响材料生成锂结晶从而影响电池热性能。为了防止因Na2SO4所产生的结晶沉积在电池表面而影响其电化学作用,电极材料的选择和电极处理工艺是影响电池热性能的重要因素。
3、采用哪种方法提升锂电池低温状态下的性能?
随着新能源汽车产业的快速发展,对电池低温性能的要求也越来越高,低温性能提升方法主要有以下几种:(1)使用更长电池寿命的电芯,以延长其工作寿命;(2)使用具有高能量密度的正极材料。以Na2SO4和 MnO两种具有不同离子迁移率、能在低温条件下实现锂离子存储作用的正极材料为例,其理论比容量分别为433 mAh/g和490 mAh/g。在该条件下电池的循环次数从420次降至200次,容量保持率从59%提高至68%。(3)采用新材料以实现电池耐寒性能的最大化。针对正极基质,新材料可采用 PI、 PET、 NCM等改性。