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    儲能鋰電池為什么不能在低溫下充電?

    TIME : 2019-09-09

    儲能鋰電池為什么不能再低溫下充電?原因很簡單,99%的鋰電池都是不可以的,因為存在析鋰問題。負極析鋰是造成鋰離子電池安全事故頻發的重要因素,導致鋰離子電池負極析鋰的因素很多,例如正負極冗余度設計不足,電池低溫充電,充電電流過大等因素都可能會導致負極析鋰,負極析鋰不僅僅會導致鋰離子電池可以利用的鋰資源變少,容量下降,還會在負極形成鋰枝晶,鋰枝晶隨著鋰離子電池的循環不斷生長,Z終會穿透隔膜,引起正負極短路。因此如何避免負極析鋰是鋰離子電池在設計的過程中需要重點考慮的問題。

    低溫是誘發鋰離子電池析鋰的重要因素,低溫條件下負極的嵌鋰動力學條件變差,負極的比容量降低,在較大的充電電流下很容易在負極表面形成鋰鍍層,甚至鋰枝晶,因此有必要對鋰離子電池在低溫下的負極析鋰的特點和機理做詳細的研究。來自德國慕尼黑工業大學的ChristianvonLu?ders等人通過靜置電壓和中子衍射等手段對商業18650鋰離子電池在-2℃下析鋰的特點和機理進行了研究,研究顯示在充電倍率超過C/2的情況下會明顯的增加析鋰的數量,例如在C/2情況下,負極表面鍍鋰約占整個充電總容量的5.5%左右,在1C倍率下,則達到了9%。研究還發現,鋰離子嵌入石墨結構的速率取決于鋰鍍層的數量,并揭示了靜置電壓與析鋰數量有著密切的關系。實驗中ChristianvonLu?ders采用了18650電池,正極為NCM111材料,負極為石墨材料。在-2℃下C/20倍率下,電池受限于電解液擴散條件和正負極活性物質的動力學條件的限制,僅能發揮出25℃下容量的87%左右,約1687.21mAh。下表是在-2℃下,不同倍率下的電池充電容量。從數據上我們可以注意到,隨著充電電流的增加,電池在充電過程中的溫度逐漸提高,這對電池低溫性能測量準確性是有一定影響,但是受限于18650電池的熱傳導系數,這一現象是難以避免的。


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