温度（高低温试验箱，温差）对锂电池性能的影响
时间：2023-08-07 阅读：727
温度（高低温试验箱，温差）对锂电池性能的影响
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上海简户仪器设备有限公司是一家高科技合资企业,专业生产销售盐雾箱、恒温恒湿机、冷热冲击机、振动试验机、机械冲击机、跌落试验机的环境试验仪器的公司，是一家具有研发生产销售经营各类可靠性环境试验设备的公司。经验丰富，并得到许多国内外厂商的信赖与支持。现在我们成为许多品牌的供应商。
锂电池中的磷酸铁锂电池和三元锂电池具有能量密度高、工作温度范围广、循环寿命长和安全可靠的优点，被广泛用于新能源汽车的动力电池。但锂电池在充放电过程中产生可逆反应热、欧姆热、极化热和副反应热，电池的发热量主要受其内阻及充电电流的影响。
动力电池是非常“娇贵”的。温度对动力电池整体性能有非常显著的影响，主要体现在使用性能、寿命和安全性三个方面。动力电池在电动汽车中的应用，一般要综合考虑温度对电池性能、寿命和安全的影响以确定电池工作范围，并在此温度范围内获得性能和寿命的最佳平衡。普遍认为电池最佳工作温度区间为20℃~30℃，实际项目中需根据电池相关热测试结果，确定电池的最佳工作温度。
锂电池容量会随着温度的升高而变化，通过测试发现，温度每上升1℃容量就上升原来的0.8%,但温度的升高也会损坏电池,电池循环寿命和容量都会逐渐降低。根据试验,在常温25℃的环境下，如果温度升高6~10℃时,会因为高温增加电池的浮充电电流而导致电池的寿命减少一半。由于过充电量的积累,电池的循环寿命缩短。
锂电池的容量随着温度的升高而增加。如果电池温度升高,总放电不变,放电深度就会减小。当电池的温度上升到45℃时,可以延长使用寿命。如果电池在温度高于50℃的环境下充电,酸会加速在蓄电池极板上的腐蚀,而且温度升高会加速电池外壳的老化。
温度的变化使得锂电池可用容量会有不同程度的衰减，具体参考程度为：-10℃时可用容量为70%，0℃时可用容量为85%，25℃时可用容量为100%。因此，天气变冷电池性能下降为正常现象，当温度降低时，电池放电电压也大幅降低，这样电池在低温放电时就会更快的到达放电截止电压，从而造成低温放电容量明显低于常温容量。
低温对电池性能的影响
当锂离子电池处于低温状态时，其可用容量减少、充放电功率受限。如果对功率不加以限制，会引起电池内部锂离子的析出，从而引发电池容量不可逆的衰减，并且会给电池的使用埋下安全隐患。环境温度越低，电池内活性物的活性越低，电解液内阻和粘度越高，离子扩散越难，而且低温下锂离子在电极中的扩散速度慢，较难嵌入而易于脱出，从而使容量急速下降，因此，低温下使用会对电池寿命产生很大的影响。
相信大家都有类似感受，锂电池冬天使用时间比夏天短。可见锂电池性能是受环境温度影响的。在所有的环境因素中，温度对锂电池的充放电性能影响最大。一般锂电池行业的人都知道，锂电池的充放电状态是否稳定，温度的变化起到了很大的影响因素，锂电池在高温和低温环境下充放电，锂电池的容量保持率就有所下降。
需要向大家说明的是，锂离子电池低温下的容量并非消失了，而只是无法在正常电压范围（≥3.0V）内全部放出而已，如果可以将放电截止电压继续下延，那就可以将剩余的容量放出。
在电极/电解液界面上的电化学反应与环境温度有关，电极/电解液界面被视为电池的心脏。如果温度下降，电极的反应率也下降，假设电池电压保持恒定，放电电流降低，电池的功率输出也会下降。
图1是锂离子电池在不同低温下的放电容量曲线示意图(这里用来表示一般的变化趋势)。跟室温20℃相比，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。
图1 锂离子电池在低温下的容量衰减
这里看一下影响低温性能的因素。通过对比容量和电解液电导率关系(图2)可以看到，温度越低，电池电解液的电导率越低。当电导率下降之后，溶液传导活性离子的能力就下降，表现为电池内部反应的阻力就会增加(这个阻力在电化学里面用阻抗表示)，造成放电能力下降，即容量下降。更进一步，通过测量电池内部各部分(正极、负极、电解液)阻抗可以看到各部分对电池阻抗的影响(图3)。当温度<-10℃左右，正极、负极(图中以石墨为例)的界面阻抗快速增加，而电解液的阻抗大概在-20℃左右之后快速上升，这几个阻抗综合结果就表现为电池阻抗在<-10℃左右快速上升(图中用Li-ion cell表示)。
图2 不同温度下电池容量和电解液电导率关系
图3 不同温度下电池的内部各部分的阻抗大小
相对于低温放电，锂离子电池低温充电的表现则更加不尽如人意，在低温充电低于0会增大电池内压并可能时安全阀开启，首先，低温下的充电会快速达到恒压阶段、并会一定程度上降低充电容量、同时增加充电时间，不仅如此，锂离子电池在低温充电时，锂离子可能来不及嵌入石墨负极当中，从而析出在负极表面形成金属锂枝晶，这一反应会消耗电池中的可以反复充放电的锂离子、并大幅降低电池容量，析出的金属锂枝晶也可能会刺穿隔膜，从而影响安全性能。
锂离子电池低温放电容量会降低，但是经过常温充放电后可以恢复，是可逆的容量损失；但是低温充电会造成析锂，是容量损失。由于低温充电析锂的危害更大，因此锂离子电池的低温充电要比低温放电管控的更严。
冬天充电时，室外温度较低，环境低于0℃时，出现电池充电速度下降，甚至可能无法充电，此为正常现象，请将电池放在适宜的环境温度下进行充电，保证充电效果。
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上海简户仪器设备有限公司是一家高科技合资企业,生产销售盐雾箱、恒温恒湿机、冷热冲击机、振动试验机、机械冲击机、跌落试验机的环境试验仪器的公司，研发生产销售经营各类可靠性环境试验设备。经验丰富，并得到许多国内外厂商的信赖与支持。自公司成立以来,多次服务于国内外大学和研究所等检测机构,如清华大学、苏州大学、哈尔滨工业大学、北京工业大学、法国申美检测、中科院物理所、中科院，SGS等**单位提供实施室方案和设备及其相关服务。努力开发半导体、光电、光通讯、航天太空、生物科技、食品、化工、制药等行业产品所需的测试设备装置。公司拥有一支的研发、生产和售後队伍，从产品的研发到售后服务，每一个环节都以客户的观点与需求作为思考的出发点。
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