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储能锂电池为什么不能在低温下充电?

TIME : 2019-09-09

储能锂电池为什么不能再低温下充电?原因很简单,99%的锂电池都是不可以的,因为存在析锂问题。负极析锂是造成锂离子电池安全事故频发的重要因素,导致锂离子电池负极析锂的因素很多,例如正负极冗余度设计不足,电池低温充电,充电电流过大等因素都可能会导致负极析锂,负极析锂不仅仅会导致锂离子电池可以利用的锂资源变少,容量下降,还会在负极形成锂枝晶,锂枝晶随着锂离子电池的循环不断生长,最终会穿透隔膜,引起正负极短路。因此如何避免负极析锂是锂离子电池在设计的过程中需要重点考虑的问题。


低温是诱发锂离子电池析锂的重要因素,低温条件下负极的嵌锂动力学条件变差,负极的比容量降低,在较大的充电电流下很容易在负极表面形成锂镀层,甚至锂枝晶,因此有必要对锂离子电池在低温下的负极析锂的特点和机理做详细的研究。来自德国慕尼黑工业大学的ChristianvonLüders等人通过静置电压和中子衍射等手段对商业18650锂离子电池在-2℃下析锂的特点和机理进行了研究,研究显示在充电倍率超过C/2的情况下会明显的增加析锂的数量,例如在C/2情况下,负极表面镀锂约占整个充电总容量的5.5%左右,在1C倍率下,则达到了9%。研究还发现,锂离子嵌入石墨结构的速率取决于锂镀层的数量,并揭示了静置电压与析锂数量有着密切的关系。实验中ChristianvonLüders采用了18650电池,正极为NCM111材料,负极为石墨材料。在-2℃下C/20倍率下,电池受限于电解液扩散条件和正负极活性物质的动力学条件的限制,仅能发挥出25℃下容量的87%左右,约1687.21mAh。下表是在-2℃下,不同倍率下的电池充电容量。从数据上我们可以注意到,随着充电电流的增加,电池在充电过程中的温度逐渐提高,这对电池低温性能测量准确性是有一定影响,但是受限于18650电池的热传导系数,这一现象是难以避免的。


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