鋰離子電池低溫技術(shù)知多少？（一）——表現(xiàn)篇

引言：

轉(zhuǎn)眼之間，冬天來(lái)了。在目前這個(gè)“你在北方穿棉襖，我在廣東吹空調(diào)”的節(jié)骨眼上，聊一聊鋰離子電池的低溫技術(shù)或許再合適不過(guò)了。

對(duì)于鋰離子電池而言，不論是國(guó)標(biāo)還是企標(biāo)，對(duì)放電的下限溫度都有著嚴(yán)格的限制：不低于-20℃。而對(duì)于充電溫度而言，則不僅會(huì)像放電一樣規(guī)定最低溫度，甚至明確規(guī)定低溫下只能小倍率充電、且不能滿充（例如0~15度時(shí)只能0.2C充電，且上限電壓是4.0V），生怕用戶越雷池半步。那么問(wèn)題來(lái)了，本來(lái)用戶需要的是一個(gè)高低溫性能皆要兼顧的全能戰(zhàn)士，但為什么鋰電廠家卻要定下這些苛刻的限制呢？

讓我們首先從鋰離子電池低溫下的表現(xiàn)說(shuō)起。對(duì)于相同倍率下的放電，當(dāng)外界溫度越低時(shí)，鋰離子電池的放電電壓就會(huì)越低。如下圖所示：

從圖中可以看出，當(dāng)溫度降低時(shí)，電池放電電壓也大幅降低，這樣電池在低溫放電時(shí)就會(huì)更快的到達(dá)放電截止電壓，從而造成低溫放電容量明顯低于常溫容量。需要向大家說(shuō)明的是，鋰離子電池低溫下的容量并非消失了，而只是無(wú)法在正常電壓范圍（≥3.0V）內(nèi)全部放出而已，如果可以將放電截止電壓繼續(xù)下延，那就可以將剩余的容量放出。但問(wèn)題是過(guò)低的電壓已經(jīng)無(wú)法保持用電設(shè)備的正常使用，因此過(guò)低的下限電壓（＜2.5V）一般沒(méi)有太多的討論意義。

相對(duì)于低溫放電，鋰離子電池低溫充電的表現(xiàn)則更加不盡如人意，首先，低溫下的充電會(huì)快速達(dá)到恒壓階段、并會(huì)一定程度上降低充電容量、同時(shí)增加充電時(shí)間，如下圖所示：

不僅如此，鋰離子電池在低溫充電時(shí)，鋰離子可能來(lái)不及嵌入石墨負(fù)極當(dāng)中，從而析出在負(fù)極表面形成金屬鋰枝晶，這一反應(yīng)會(huì)消耗電池中的可以反復(fù)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(huì)刺穿隔膜，從而影響安全性能。低溫充電后鋰離子電池負(fù)極表面析鋰的圖片如下：

知識(shí)窗口：

鋰離子電池低溫放電容量會(huì)降低，但是經(jīng)過(guò)常溫充放電后可以恢復(fù)，是可逆的容量損失；但是低溫充電會(huì)造成析鋰，是永久性的容量損失。

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(yán)。目前很多電池廠都會(huì)用“階梯充電”的方式描述鋰離子電池的充電條件，下面是一個(gè)類似的例子：

上面階梯充電的描述雖然對(duì)客戶來(lái)說(shuō)有點(diǎn)“坑”，但是卻是目前電池廠常用的一類規(guī)避低溫充電析鋰的方法，

下面該向大家做一個(gè)總結(jié)了。由于鋰離子電池在低溫放電時(shí)的電壓平臺(tái)更低，因此會(huì)造成低溫下放電容量的明顯降低，但是這種損失會(huì)隨著常溫充放電的進(jìn)行而自動(dòng)彌補(bǔ)，屬于可逆的損失。但是對(duì)于低溫充電而言，溫度過(guò)低或者倍率過(guò)大都會(huì)造成電芯不可逆的形成鋰枝晶和不可逆的容量損失，并影響電池的安全性能。

結(jié)語(yǔ)：

鋰離子電池的低溫表現(xiàn)就向大家介紹到這里，當(dāng)然我們更關(guān)心的是：為什么會(huì)有這種現(xiàn)象發(fā)生？又該如何去進(jìn)行改善？對(duì)應(yīng)的內(nèi)容，請(qǐng)各位繼續(xù)關(guān)注《低溫技術(shù)知多少？》的后續(xù)篇章。