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锂电池使用环境的影响
2021-07-22

锂离子电池的使用环境对其循环寿命影响也是非常重要的。其中,环境温度是十分重要的因素。环境温度过低或过高都会影响锂电池的循环寿命。
 
研究了C/LiCoO2系锂离子电池在-20 ℃条件下的充放电性能。结果显示:电池的放电性能在低温下变差,0.2 C 放电容量仅为常温容量的77%,1 C 放电容量仅为0.2 C 放电容量的4%。低温下恒压充电时间增加,充电性能也明显恶化。
 
锂离子电池在低温下放电容量减少的主要原因包括:电解液电导率变差、隔膜的润湿和/ 或透过性变差、锂离子的迁移速度变慢、电极/ 电解液界面上电荷转移速率减缓等。另外,SEI 膜的阻抗在低温下会增大,使锂离子通过电极/ 电解液界面的速度变慢。其中SEI 膜的阻抗增加的原因是:锂离子在低温下从负极脱出较为容易,嵌入较为困难。充电时金属锂会出现并与电解液发生反应,形成新的SEI 膜覆盖在原来的SEI 膜上,使电池的阻抗增大从而导致电池的容量下降。
 
同批锂电池分别在60 ℃和常温下进行300次充放电循环实验。初始阶段,60 ℃条件下电池表现出较高的放电容量。但随着循环的进行,电池容量衰减加快,循环稳定性降低,后期甚至有电池发生鼓胀现象。高温下锂离子电池的充放电循环是不稳定,高温导致电池的电极电化学极化加剧和气体的产生,造成鼓胀现象,同时电荷传输电阻增加,离子传输动力学性能降低。
 
目前锂离子电池大多用LiPF6作为电解液,由于电解液的不纯或微量水催化分解导电盐,电解液中含有一定酸性物质HF。HF 会与SEI 膜中的主要成分ROLi、ROCO2Li 等发生反应,生成LiF 沉积在负极表面。含有LiF 的SEI 膜会阻碍锂离子的迁移。同时,产生的高阻抗物质会使石墨颗粒之间绝缘隔离。随着高温充放电的进行,负极性能会逐渐恶化最终导致电池失效[18]。
 
使用锂离子电池的设备在运输或正常工作的情况下,有可能会经受振动、冲击、碰撞等条件的考验。某些锂电池在与系统通信时进行充放电并根据一定频率接收数据信息。设备振动时的频率有可能对电池频率产生干扰,从而引起芯片数据出错或引发保护电路动作。强振动或冲击下,锂离子电池的极耳、外部的连线、接线柱、焊点等可能会折断或脱落,电池极片上的活性物质也可能剥落,这都会影响电池的寿命甚至产生危险的情况。