溫度（高低溫試驗箱，溫差）對鋰電池性能的影響

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上海簡戶儀器設備有限公司是一家高科技合資企業,專業生產銷售鹽霧箱、恒溫恒濕機、冷熱沖擊機、振動試驗機、機械沖擊機、跌落試驗機的環境試驗儀器的公司，是一家具有研發生產銷售經營各類可靠性環境試驗設備的公司。經驗豐富，并得到許多國內外廠商的信賴與支持。現在我們成為許多品牌的供應商。

鋰電池中的磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池具有能量密度高、工作溫度范圍廣、循環壽命長和安全可靠的優點，被廣泛用于新能源汽車的動力電池。但鋰電池在充放電過程中產生可逆反應熱、歐姆熱、極化熱和副反應熱，電池的發熱量主要受其內阻及充電電流的影響。

動力電池是非常“嬌貴"的。溫度對動力電池整體性能有非常顯著的影響，主要體現在使用性能、壽命和安全性三個方面。動力電池在電動汽車中的應用，一般要綜合考慮溫度對電池性能、壽命和安全的影響以確定電池工作范圍，并在此溫度范圍內獲得性能和壽命的最佳平衡。普遍認為電池最佳工作溫度區間為20℃~30℃，實際項目中需根據電池相關熱測試結果，確定電池的最佳工作溫度。

鋰電池容量會隨著溫度的升高而變化，通過測試發現，溫度每上升1℃容量就上升原來的0.8%,但溫度的升高也會損壞電池,電池循環壽命和容量都會逐漸降低。根據試驗,在常溫25℃的環境下，如果溫度升高6~10℃時,會因為高溫增加電池的浮充電電流而導致電池的壽命減少一半。由于過充電量的積累,電池的循環壽命縮短。

鋰電池的容量隨著溫度的升高而增加。如果電池溫度升高,總放電不變,放電深度就會減小。當電池的溫度上升到45℃時,可以延長使用壽命。如果電池在溫度高于50℃的環境下充電,酸會加速在蓄電池極板上的腐蝕,而且溫度升高會加速電池外殼的老化。

溫度的變化使得鋰電池可用容量會有不同程度的衰減，具體參考程度為：-10℃時可用容量為70%，0℃時可用容量為85%，25℃時可用容量為100%。因此，天氣變冷電池性能下降為正常現象，當溫度降低時，電池放電電壓也大幅降低，這樣電池在低溫放電時就會更快的到達放電截止電壓，從而造成低溫放電容量明顯低于常溫容量。

低溫對電池性能的影響

當鋰離子電池處于低溫狀態時，其可用容量減少、充放電功率受限。如果對功率不加以限制，會引起電池內部鋰離子的析出，從而引發電池容量不可逆的衰減，并且會給電池的使用埋下安全隱患。環境溫度越低，電池內活性物的活性越低，電解液內阻和粘度越高，離子擴散越難，而且低溫下鋰離子在電極中的擴散速度慢，較難嵌入而易于脫出，從而使容量急速下降，因此，低溫下使用會對電池壽命產生很大的影響。

相信大家都有類似感受，鋰電池冬天使用時間比夏天短。可見鋰電池性能是受環境溫度影響的。在所有的環境因素中，溫度對鋰電池的充放電性能影響最大。一般鋰電池行業的人都知道，鋰電池的充放電狀態是否穩定，溫度的變化起到了很大的影響因素，鋰電池在高溫和低溫環境下充放電，鋰電池的容量保持率就有所下降。

需要向大家說明的是，鋰離子電池低溫下的容量并非消失了，而只是無法在正常電壓范圍（≥3.0V）內全部放出而已，如果可以將放電截止電壓繼續下延，那就可以將剩余的容量放出。

在電極/電解液界面上的電化學反應與環境溫度有關，電極/電解液界面被視為電池的心臟。如果溫度下降，電極的反應率也下降，假設電池電壓保持恒定，放電電流降低，電池的功率輸出也會下降。

圖1是鋰離子電池在不同低溫下的放電容量曲線示意圖(這里用來表示一般的變化趨勢)。跟室溫20℃相比，低溫-20℃下容量衰減已經比較明顯，到-30℃是容量損失更多，-40℃下容量連一半都不到了。

圖1 鋰離子電池在低溫下的容量衰減

這里看一下影響低溫性能的因素。通過對比容量和電解液電導率關系(圖2)可以看到，溫度越低，電池電解液的電導率越低。當電導率下降之后，溶液傳導活性離子的能力就下降，表現為電池內部反應的阻力就會增加(這個阻力在電化學里面用阻抗表示)，造成放電能力下降，即容量下降。更進一步，通過測量電池內部各部分(正極、負極、電解液)阻抗可以看到各部分對電池阻抗的影響(圖3)。當溫度<-10℃左右，正極、負極(圖中以石墨為例)的界面阻抗快速增加，而電解液的阻抗大概在-20℃左右之后快速上升，這幾個阻抗綜合結果就表現為電池阻抗在<-10℃左右快速上升(圖中用Li-ion cell表示)。

圖2 不同溫度下電池容量和電解液電導率關系

圖3 不同溫度下電池的內部各部分的阻抗大小

相對于低溫放電，鋰離子電池低溫充電的表現則更加不盡如人意，在低溫充電低于0會增大電池內壓并可能時安全閥開啟，首先，低溫下的充電會快速達到恒壓階段、并會一定程度上降低充電容量、同時增加充電時間，不僅如此，鋰離子電池在低溫充電時，鋰離子可能來不及嵌入石墨負極當中，從而析出在負極表面形成金屬鋰枝晶，這一反應會消耗電池中的可以反復充放電的鋰離子、并大幅降低電池容量，析出的金屬鋰枝晶也可能會刺穿隔膜，從而影響安全性能。

鋰離子電池低溫放電容量會降低，但是經過常溫充放電后可以恢復，是可逆的容量損失；但是低溫充電會造成析鋰，是容量損失。由于低溫充電析鋰的危害更大，因此鋰離子電池的低溫充電要比低溫放電管控的更嚴。

冬天充電時，室外溫度較低，環境低于0℃時，出現電池充電速度下降，甚至可能無法充電，此為正常現象，請將電池放在適宜的環境溫度下進行充電，保證充電效果。

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上海簡戶儀器設備有限公司是一家高科技合資企業,生產銷售鹽霧箱、恒溫恒濕機、冷熱沖擊機、振動試驗機、機械沖擊機、跌落試驗機的環境試驗儀器的公司，研發生產銷售經營各類可靠性環境試驗設備。經驗豐富，并得到許多國內外廠商的信賴與支持。自公司成立以來,多次服務于國內外大學和研究所等檢測機構,如清華大學、蘇州大學、哈爾濱工業大學、北京工業大學、法國申美檢測、中科院物理所、中科院，SGS等**單位提供實施室方案和設備及其相關服務。努力開發半導體、光電、光通訊、航天太空、生物科技、食品、化工、制藥等行業產品所需的測試設備裝置。公司擁有一支的研發、生產和售後隊伍，從產品的研發到售后服務，每一個環節都以客戶的觀點與需求作為思考的出發點。

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• 簡戶擁有一支的研發、生產和售后服務隊伍，從產品的研發到售后服務，每一個環節都以客戶的觀點與需求作為思考的出發點，目前擁有博士學位2人，碩士5人，參與環境試驗箱國家標準起草和發行。企業制定標準，行業里通過ISO9001。是中國儀器儀表學會會員和理事單位。曾榮獲CCTV《中國儀器儀表20強品牌》殊榮，2010年入駐上海世博會民企館。簡戶自創辦以來，參與3項國家標準起草與制定，獲得40+件原創知識產權、軟著、集成電路)，6次獲得上海科技型中小企業稱號，合作過3200+家合作客戶(其中世界500強高校600家)。
  

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