高温环境对锂电池的影响
研究表明, 当电池工作温度超过40℃后,每增加10℃,电池的循环寿命就会减半。电池组在新能源汽车电池仓内排列紧密,单体电池产生的热量累积使电池组内部出现温差,导致单体电池衰减速率不同,破坏电池组的同一性,电池组性能降低。
电池的温度与充放电电流呈正相关,当小电流充放电时,电池组的最高温度位置在其中间不易与外界发生热交换的位置, 当大电流充放电或极耳结构设计不合理时,电池组的最高温度在极耳处。
高温对电极材料的影响
如高镍正极材料在高温环境下存在晶间颗粒开裂以及电池内部含痕量水的电解液在高温条件下分解引发质子攻击的问题随着温度的升高充放电过程中锂脱嵌速率加快,会导致材料因体积膨胀而产生裂纹和粉碎,并且电解液在微裂纹表面进行分解形成副产物,增加的界面阻抗导致颗粒之间离子和电子连接性较差。
高温下过渡金属 (TM) 的加速溶解是造成电池容量衰减的重要原因,尖晶石LiMn2O4(LMO)是最受TM溶解影响的正极材料,其中锰的溶解是导致高温下电池容量衰减最重要的原因之一,尤其是当副反应生成的HF攻击LMO材料时,锰离子会溶解在电解液中造成材料结构变化和晶格破坏,一方面导致电池容量减少,另一方面造成活性物质间阻抗增大。
针对锂金属电池会在高温环境下存在正、负极与电解液的严重副反应。在正极侧表现为电极材料结构的破坏和CEI膜的不稳定,在负极侧电解液持续腐蚀锂金属负极从而导致一系列副反应发生,如SEI膜的再次分解、锂枝晶的生长以及正极溶解的TM离子穿梭到负极加剧金属锂负极的退化,严重时可能触发内部短路故障,导致电池着火或热失控爆炸
高温环境对电解液的影响
研究表明高温可促进电解液各组分的持续分解,导致界面稳定性变差,从而使得电池高温循环性能降低。锂离子电池电解液基本上是有机碳酸酯类物质,是一类易燃物。常用电解质盐六氟磷酸锂存在热分解放热反应。高温会加速电解液中碳酸溶剂的分解,产生CO2,LIBs中气体释放的增加不仅会使活性材料与集流体分离,还会导致电池泄漏甚至爆炸。LMBs在高温环境下进行充放电过程中会产生各种气体,容易发生鼓胀、漏液等安全问题。
高温对EEI(CEI/SEI)膜的影响
在高温下传统碳酸盐电解液会很大程度的分解,EEI膜会被破坏,而且材料相变加剧,导致电池容量迅速下降,电池库仑效率、容量保持率降低,不能满足锂离子电池在高温下的应用。
嵌入锂与氟化物粘结剂的放热反应。
另外:
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。
