影响锂离子电池低温性能的因素有哪些

第1篇一、实验目的本实验旨在研究不同类型电池在低温环境下的工作性能，分析低温对电池性能的影响，为电池在低温环境下的应用提供理论依据。

二、实验原理电池在低温环境下的工作性能主要受以下几个因素影响：1. 电解液的黏度：低温下，电解液的黏度增大，导致离子迁移率降低，从而影响电池的充放电性能。

2. 电极材料的活性：低温下，电极材料的活性降低，反应速率变慢，导致电池的充放电性能下降。

3. 电池内阻：低温下，电池内阻增大，导致电池的输出功率下降。

本实验通过测试不同类型电池在低温环境下的充放电性能、内阻和容量保持率等指标，分析低温对电池性能的影响。

三、实验材料与设备1. 实验材料：锂离子电池、锂空气电池、石墨烯电池、双离子电池等。

2. 实验设备：低温实验箱、电池测试系统、万用表、计算机等。

四、实验方法1. 将不同类型的电池分别放入低温实验箱中，设定实验温度（如-20℃、-40℃、-60℃）。

2. 在低温环境下，使用电池测试系统对电池进行充放电测试，记录充放电电流、电压和容量等数据。

3. 使用万用表测量电池的内阻。

4. 分析低温对电池性能的影响，包括充放电性能、内阻和容量保持率等指标。

五、实验结果与分析1. 锂离子电池在低温环境下的性能测试结果如下：- 在-20℃时，电池的充放电性能良好，容量保持率约为80%。

- 在-40℃时，电池的充放电性能有所下降，容量保持率约为60%。

- 在-60℃时，电池的充放电性能明显下降，容量保持率约为40%。

2. 锂空气电池在低温环境下的性能测试结果如下：- 在-20℃时，电池的充放电性能良好，容量保持率约为70%。

- 在-40℃时，电池的充放电性能有所下降，容量保持率约为50%。

- 在-60℃时，电池的充放电性能明显下降，容量保持率约为30%。

3. 石墨烯电池在低温环境下的性能测试结果如下：- 在-20℃时，电池的充放电性能良好，容量保持率约为85%。

- 在-40℃时，电池的充放电性能有所下降，容量保持率约为65%。

电力系统36丨电力系统装备 2019.18Electric System2019年第18期2019 No.18电力系统装备Electric Power System Equipment随着锂离子电池市场化不断深入，人们对电池性能的期望越来越高。

目前商品化锂离子电池已很难满足诸如电动车、航天技术和军事等重要领域的需要，主要原因之一就是电池在高、低温下的性能不佳，因此拓宽工作温度范围已成为锂离子电池研究者关注的重点问题。

本文将采用实验分析法，探究其低温性能影响因素。

1 锂离子电池低温充放电机理分析以及低温放电机理以正极钴酸锂，负极石墨为例，锂离子电池充电时正负极的反应如下[3]。

正极反应方程式：LiCoO2→ Li 1-x CoO2+xLi ++xe -负极反应方程式：xLi ++xe -+6C →Li x C6在电池充电时，正极钴酸锂的部分 Li +脱离晶格进入电解液中，迁移到负极活性物质碳的晶格之中（嵌入），生成 LixC6 化合物。

在这个过程中，Li +在电场和浓度梯度的作用下从正极迁移、扩散到负极，这使锂在石墨内部的固相扩散容易成为整个电极反应的控制步骤。

目前，研究者对造成锂离子电池低温性能差的主要因素尚有争论，但究其原因有以下3个方面的因素：（1）低温下电解液的粘度增大，电导率降低；（2）电解液/电极界面膜阻抗和电荷转移阻抗增大；（3）锂离子在活性物质本体中的迁移速率降低。

由此造成低温下电极极化加剧，充放电容量减小[5]。

2 电池的制备为了很好地对比电池的性能，选择704570聚合物锂离子电池，按下述配方，将97.0%：1.2%：0.8%：1.0%的钴酸锂、PVDF 、导电剂碳黑Super P 、导电液CNT 与溶剂NMP 混合均匀制成正极浆料。

将质量比为94.4%：1.0%：2.4%：2.2%的人造石墨、粘结剂（羧甲基纤维素钠CMC 、丁苯橡胶）和导电碳黑Super P 与去离子水混合均匀制成负极浆料。

从正负极材料和电解液解析锂电池低温性能改善锂电池是目前应用广泛的可充电电池之一，由于其高能量密度和长寿命，被广泛应用于移动电子设备、电动汽车和储能系统等领域。

然而，锂电池在低温下性能明显下降，包括容量衰减、电导率降低和充放电效率下降等问题。

因此，改善锂电池在低温性能是一个重要的研究方向。

首先，正负极材料是影响锂电池低温性能的重要因素之一、在低温下，锂离子在正负极材料之间传输的速率较慢，导致电池容量衰减和循环寿命降低。

为了改善正极材料的低温性能，可以采用以下几种方法：1.缓冲层技术：在正极材料表面涂覆一层缓冲层，可以增加电池的导电性和锂离子的传输速率。

常用的缓冲层材料包括导电聚合物和导电碳材料。

2.添加剂技术：向正极材料中添加一些特定的添加剂，如导电剂和改性剂，可以改善材料的导电性和锂离子的传输速率。

3.结构调控技术：通过调节正极材料的结构和纳米粒子的尺寸，可以改变电池的离子传输路径和表面积，从而提高电池的低温性能。

对于负极材料来说，低温下的性能主要受到锂离子在负极材料中的扩散速率限制。

为了改善负极材料的低温性能，可以采用以下几种方法：1.添加纳米材料：向负极材料中添加一些纳米材料，如纳米碳管和纳米颗粒，可以增加材料的电导率和锂离子的传输速率。

2.表面修饰技术：通过在负极材料表面涂覆一层导电材料或改性剂，可以增加材料的导电性和锂离子的传输速率。

其次，电解液也对锂电池低温性能有一定的影响。

在低温下，电解液的粘度增加，导致锂离子传输速率减慢。

为了改善电解液的低温性能，可以采用以下几种方法：1.添加添加剂：向电解液中添加一些特定的添加剂，如溶解剂和盐类添加剂，可以降低电解液的粘度和提高锂离子的传输速率。

2.优化电解液配方：通过优化电解液的成分和浓度，可以改善电解液的低温性能。

例如，使用低温电解液替代常规电解液。

3.界面改性技术：通过在电解液和电极之间形成一层稳定的界面膜，可以提高锂离子在电解液中的传输速率。

锂电池低温析锂原因
锂电池是一种高性能、高能量密度的电池，广泛应用于移动电子设备、电动汽车等领域。

然而，在低温环境下，锂电池的性能会受到很大影响，其中最为严重的问题就是低温析锂。

低温析锂是指在低温环境下，锂电池中的锂离子会在负极表面析出，形成锂枝晶，导致电池内部短路，甚至引起电池爆炸。

这是因为在低温环境下，电池内部的电解液会变得粘稠，电池内部的离子传输速度变慢，导致锂离子在负极表面聚集，形成锂枝晶。

低温析锂的原因主要有以下几点：
1.电解液的冻结：在低温环境下，电解液会变得粘稠，甚至冻结，导致电池内部离子传输速度变慢，锂离子在负极表面聚集，形成锂枝晶。

2.负极表面的缺陷：负极表面的缺陷会吸附锂离子，形成锂枝晶。

3.电池内部的温度不均匀：在低温环境下，电池内部的温度不均匀，导致锂离子在负极表面聚集，形成锂枝晶。

为了解决低温析锂的问题，可以采取以下措施：
1.改变电解液的成分：可以添加一些抗冻剂，降低电解液的冰点，防止电解液冻结。

2.改变负极材料的结构：可以改变负极材料的结构，减少负极表面的缺陷，降低锂离子在负极表面的聚集。

3.改变电池的工作温度：可以通过加热电池或者降低电池的放电速率，使电池内部的温度均匀，减少锂离子在负极表面的聚集。

低温析锂是锂电池在低温环境下面临的一个严重问题，需要采取相应的措施来解决。

随着科技的不断进步，相信在不久的将来，锂电池在低温环境下的性能将会得到进一步提升。