电动车锂电池工作温度,温度变化,对锂动力电池的荷电保持能力、寿命有哪些影响?
国标GB/-2015“电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验要求”,是关于单体电池和模块的最新国标要求,其中关于电池模块在高温和低温下的性能要求为:
在-20±2℃下的1C放电容量不低于初始容量的70%。
在55±2℃下的1C放电容量不低于初始容量的90%。
在55±2℃下100%SOC存储7天后,其荷电保持率不低于初始容量的85%,容量恢复应不低于初始容量的90%。
1..温度对锂动力电池荷电保持能力的影响
锂动力电池的自放电是指锂动力电池在开路搁置时自动放电现,锂动力电池发生自放电将直接减少锂动力电池可输出的电量,使锂动力电池容量降低。自放电的产生主要是由于电极在电解液中处于热力学的不稳定状态,锂动力电池的两个电极各自发生氧化还原反应的结果。在两个电极中,负极的自放电是主要的,自放电的发生使活性物质被消耗,转变成不能利用的热能。自放电的大小,可以用自放电率来表示,即规定时间内锂动力电池容量降低的百分数来表示。
锂动力电池自放电速率的大小是由动力学的因素决定的,主要取决于电极的材料的本性、表面状态、电解液的组成和浓度、杂质含量等,也取决与搁置的环境条件,如温度和湿度等因素。
锂动力电池在高温条件下储存,容量损失最大;低温条件下储存,容量损失最小。锂动力电池的荷电保持能力强,允许工作温度范围宽。自放电主要受制造工艺,材料,储存条件的影响自放电是衡量锂动力电池性能的主要参数之一。锂动力电池储存温度越低,自放电率也越低,但也应注意温度过低或过高均有可能造成锂动力电池损坏而导致无法使用。
2.温度对锂动力电池寿命的影响
温度的升高对锂动力电池的日历寿命和循环寿命都有影响,温度对锂动力电池寿命的影响符合阿伦尼乌斯方程,锂动力电池温度升高,反应速度加快,相关研究表明锂动力电池温度每升高10℃其退化速度就增加1倍。同一款电芯,当剩余容量为90%,25℃温度下输出容量为,而35℃温度下的输出容量仅为。温度上升10℃,电芯的循环寿命下降了近50%。由此可见,温度对锂动力电池的循环寿命有很大的影响。所以,在锂动力电池的使用过程中,应该尽量避免电池长期在高温条件下使用,尤其需要避免锂动力电池在高温条件下的高倍率充放电循环,这也是车用动力电池必须进行温度控制的一个主要原因。
锂动力电池在低温-20℃下容量衰减已经比较明显,到-30℃是容量损失更多,-40℃下容量连一半都不到了。从电化学角度分析,溶液电阻、SEI膜电阻在整个温度范围内变化不大,对锂动力电池低温性能的影响较小;电荷传递电阻随温度的降低而显著增加,且在整个温度范围内随温度的变化都明显大于溶液电阻和SEI膜电阻。这是因为随着温度的降低,电解液的离子电导率随之降低,SEI膜电阻和电化学反应电阻随之增大,导致低温下欧姆极化、浓差极化和电化学极化均增大,在锂动力电池的放电曲线上就表现为平均电压和放电容量均随着温度降低而降低。
锂动力电池在低温充电过程中的欧姆极化、浓差极化和电化学极化将加大,导致金属锂沉积,使电解液分解,最终导致电极表面SEI膜增厚、SEI膜电阻增加,在放电曲线上表现为放电平台和放电容量降低。
锂动力电池在低温条件下,化学反应活性降低,同时锂离子迁移变慢,在负极表面的锂离子还没有嵌入到负极中已经先还原成金属锂,并在负极表面沉淀析出形成锂枝晶电动车锂电池工作温度,这容易刺穿隔膜造成电池内短路,进而损坏电池,造成安全事故。
锂动力电池在120℃高温下,锂动力电池的部分正极粘结剂PVdF将从Part1区域迁移到正极表面,造成Part1区域的粘结剂含量下降,即活性材料中粘结剂的缺失,导致电化学反应的能力下降。在Part2区域,因是正极的主体,粘结剂含量正常,高温影响不大,活性材料可以正常进行反应。
锂动力电池在85℃下循环,锂动力电池的负极表面出现固体电解质,负极表面被新生成的固体电解质覆盖。当温度上升在120℃时,生成了更多的固体电解质,负极表面被更多的固体电解质覆盖,消耗了更多的活性锂离子,造成锂动力电池容量的下降。
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