一般情况下,聚合物锂电池耐低温性好,在-20℃至50℃环境下均能正常工作并维持较高容量。 不过,目前市面上很多品牌的耐低温聚合物锂电池性相对较差。如何改善产品低温性能仍是一个很大课题。聚合物锂电池的低温性能,可以通过提高聚合物电解质的低温性能来改善。 在低温条件下,聚合物锂盐对电解质有一定的渗透作用;同时在聚合物锂盐中加入一些离子液体,如聚乙烯吡咯烷酮(PVP),可使溶液的粘度降低、提高锂离子浓度以及增大锂离子扩散系数。 为了提高聚合物电解质对电解液的渗透作用,需要在隔膜上进行涂覆处理。
1、提高聚合物锂电池的性能,需要选择耐低温性能好的锂离子电池
一般锂离子电池耐低温性都较好,但一些聚合物电池在低温下表现出了一些不足,如容量衰减快、内阻增加,以及安全性差等问题。 由于锂电池具有很强的充放电特性和安全性能,所以采用合适的电解液体系和相应的制造工艺来改善锂电池在低温下的容量衰减和安全性,是提高其耐低温性能的关键。 常用的锂离子电池是指可以将能量储存起来或放出电能以供使用的化学能转换为电能存储起来,从而完成对电能或机械能进行储存、释放、转换等作用。 其中一种重要而常用的技术是“能量储存”技术,这种技术可将电池内部产生的能量转化为电能。该技术通过提高内阻、改善放电性能及增加电压等手段来改进其耐热性和安全性;此外,对该电池内部结构进行优化设计可显著改善其内部温度分布及安全性等。
2、降低温度对锂电池的影响,增加锂盐与电解液的相容性
聚合物电解质是一种具有高离子电导率和高热稳定性的液体电解质,它与锂金属电极材料相结合能提高锂离子电池的性能。 聚合物锂电池内阻较大主要原因是锂盐在电极/电解液界面处形成的 SEI膜,它阻碍了电解液中锂离子的扩散过程,导致锂离子在充放电时无法进入到 Li+- SEI膜层中,降低了电池的容量。 另外,聚合物电解质表面活性物质也会降低电池内部 Li+与电解液之间的界面张力。 低温下充电时,锂盐容易发生溶解和氧化分解等反应导致电极/电解液界面形成 SEI膜,阻碍了锂离子在正负极之间的传输,影响聚合物电解质对锂盐/电解液界面处电解质的润湿。 因此提高聚合物锂盐与电解液的相容性是改善电池耐低温性能关键措施之一。 实验中发现1C循环之后,通过对电池进行不同温度下测试,发现1C时电极/电解液界面处锂离子浓度随着温度升高而增大;2C放电后电池循环后电极/电解液界面处锂离子浓度没有明显变化;3C放电后电压降至1.5V时电极/电解液界面处锂离子浓度变化不大;4C放电后2小时内电极/电解液界面处 Li+浓度有一定增加。
3、选择适合的聚合物电解质和隔膜,以提高聚合物电解质和隔膜在低温下对电解液的渗透能力
目前,聚合物锂电池的低温性能一般不是很好,通常温度越低,其性能越差。 一般情况下,聚合物锂电池的耐低温性能取决于电池的电解质和隔膜。 在低温条件下,电解液和电解质分子中的极性基团对电解液分子起着一定的浸润作用;而隔膜是影响聚合物锂电池内阻的主要因素,因此提高隔膜表面的亲水性,增加其与电解质和电解液离子的亲和力,有利于降低内阻。 对于相同容量的聚合物锂电池来说,提高膜层与电解质溶液间界面电阻可以降低内阻。 但是要提高膜层与电解质溶液间界面电阻还有一个重要问题是:低温下隔膜膜间接触面积减小导致离子传输受阻、电解液粘度增加等现象导致电极活性物质在阴极材料表面发生富集等影响着电极性能。
4、采用低温环境下使用的电解液,有利于提高聚合物锂电池在低温环境下使用的安全性
同时,电解液中的添加剂也会提高聚合物锂电池的低温性能。 由于锂电池在低温环境下运行,对电解液的要求就比较高。对于大多数的电池企业来说,其配方中所使用的添加剂种类多且含量低,这会使电池无法适应低温条件。 目前,许多公司都采用了一些特殊设计的配方进行电解液配方改进,以解决这些问题。