冬天又来了，充电机充电锂电池低温性能又怎样突破低温的局限呢？
2017-10-30 10:47:18 点击：
导读
天冷了，原本能量满满的充电机充电锂电池，容量上都要打一个折扣，充电机充电锂电池似乎进入了冬眠状态，这给新能源汽车以及数码产品用户带来不小的烦恼。今天这篇文章关注的话题，就是低温对充电机充电锂电池的影响以及业界的研发进展情况。
充电机充电锂电池最怕是低温？
在美国汽车协会进行的测试中，一辆电动汽车在75华氏度（约合24℃）时的续航里程为105英里（约合169公里），20华氏度（约合7℃）时候就会降至43英里（约合69公里）——下降幅度高达60%。充电机充电蓄电池与人有几分相似之处，气候转冷后就不那么活跃，铅蓄充电机充电蓄电池、充电机充电锂电池和燃料充电机充电蓄电池等都会受到低温的影响，只是程度不同而已。
以电动客车上使用最多的磷酸铁充电机充电锂电池为例，这种充电机充电蓄电池安全性高，单体寿命较长，但低温性能比其他技术体系的充电机充电蓄电池略差。低温对磷酸铁锂的正负极、电解液和粘接剂等都存在影响。比如，磷酸铁锂正极本身电子导电性比较差，低温环境下容易产生极化，从而降低充电机充电蓄电池容量；受低温影响，石墨嵌锂速度降低，容易在负极表面析出金属锂，如果充电后搁置时间不足而投入使用，金属锂无法全部再次嵌入石墨内部，部分金属锂持续存在负极的表面，极有可能形成锂枝晶，影响充电机充电蓄电池安全；低温下，电解液黏度会增加，锂离子迁移阻抗也会随之增大；此外，在磷酸铁锂的生产工艺中，粘接剂也是一个非常关键的因素，低温对粘接剂的性能也会产生较大影响。
同样是充电机充电锂电池，钛酸充电机充电锂电池的耐低温性能则比较优异。尖晶石结构的钛酸锂负极材料嵌锂电位约1.5V，不会形成锂枝晶，在充放电过程中体积应变小于 1%。纳米化的钛酸充电机充电锂电池可大电流充放电，实现了低温快充的同时又保障了充电机充电蓄电池的耐久性和安全性。比如，主打钛酸充电机充电锂电池的银隆新能源，其产品具备在-50-60℃的正常充放电能力。
尽管以石墨为负极的锂离子充电机充电蓄电池可以在-40℃下放电，但要在-20℃及更低温度下实现常规电流充电则比较困难，这也是业内正在积极探索的一个领域。
业内对耐低温充电机充电锂电池的探索
业内企业及科研机构对充电机充电蓄电池耐低温性能的探索和攻关，多着眼于对现有正负极材料的工艺改进，以及通过提高充电机充电蓄电池的局部环境温度为充电机充电蓄电池在低温下工作创造条件。
现在的充电机充电蓄电池材料在走向纳米化，材料的粒径、电阻力、AB平面轴长大小三方面会影响充电机充电蓄电池的低温特性。沃特玛通过三种工艺制备磷酸铁锂材料，采用不同的工艺将其纳米化和进行包覆，结果显示，AB面轴长的增大使锂离子迁移通道变大，这有利于提高充电机充电蓄电池的倍率性能；从三种工艺生产的材料来看，层间距大的颗粒石墨，本体阻抗和离子迁移阻抗比较小；电解液方面，沃特玛在固定溶剂体系和锂盐基础上，使用低温添加剂，将放电容量从85%提高到90%。据了解，早在2016年底时，沃特玛已经实现-20、-30、-40℃的环境里下，0.5C充电恒流比达62.9%，-20℃实现放电94%。目前，沃特玛的低温充电机充电蓄电池已经在内蒙古、东北三省等地区大范围推广。
8月31日，北京理工大学等科研团队宣布全气候充电机充电蓄电池产品研发成功。技术人员利用金属丝通电生热的原理，在电芯上加装镍箔片，镍箔片通电产生热量，使充电机充电蓄电池内部温度升高。达到一定温度后，箔片会自动断开以保障充电机充电蓄电池安全。据了解，在-30℃的实验环境，应用这项技术的充电机充电蓄电池，30秒即能快速升温至0℃以上，放电功率提高6倍以上，充电功率则提高10倍以上。该团队相关人员表示，该技术并不改变充电机充电蓄电池原有结构，且改造成本极低，适用于铅酸充电机充电蓄电池、充电机充电锂电池等各类充电机充电蓄电池。据充电机充电蓄电池中国网了解，采用该技术的全气候电动汽车将于2017年12月底发布，预计2020年完成4种车型共11辆产品样车的开发，并开始示范运行。
据媒体报道，在9月20日落幕的2017年“创客中国”新疆创新创业大赛上，中科院新疆理化所博士王磊领衔开发的“全气候充电机充电锂电池”夺得创客组一等奖，这种充电机充电锂电池可在-40℃~60℃的环境中稳定工作。目前，该团队已完成了各种高低温条件下的产品测试工作，即将进入商业化产品生产阶段。
2017年9月19日，70辆搭载微宏MpCO充电机充电锂电池的12米气电混合动力公交车正式在内蒙古包头上线。该地区最低气温在-30℃以下，最高气温可达39℃，包头选用微宏快充充电机充电蓄电池系统，正是考虑到微宏快充充电机充电蓄电池优异的环境适应性。
山东威能是一家专业从事军用低温磷酸铁充电机充电锂电池的研发、生产的高新技术企业，与中科院化学所合作研发、生产的磷酸铁充电机充电锂电池低温性能实现重大突破，在低温-40℃能够放出额定容量的90%以上。
此外，鹏辉能源的动力充电机充电蓄电池可以在-20~60℃的环境中使用，不需要加热和冷却系统。桑顿新能源三元耐低温性能有了较大提高，电芯可在-20℃环境下正常放电，可以满足很多整车企业的需求。
为何充电比放电更需要温度？
细心的读者可能会发现，许多企业的充电机充电蓄电池产品能够实现低温下正常放电，但在同样的温度下，实现正常充电就比较吃力，甚至无法充电，为何？
据业内人士解释，Li+嵌入石墨材料时，首先要去溶剂化，这个过程会消耗一定能量，阻碍了Li+扩散到石墨内部；相反，Li+在脱出石墨材料进入到溶液中时，会有一个溶剂化过程，而溶剂化不消耗能量，Li+可以快速脱出石墨。因此，石墨材料的充电接受能力要明显逊色于放电接受能力。
低温环境下，充电机充电蓄电池充电有一定的风险。因为随着温度的降低，石墨负极的动力学特性进步一变差，充电过程中，负极的电化学极化明显加剧，析出的金属锂容易形成锂枝晶，穿破隔膜并导致正负极短路。
因此业内人士建议，尽量避免锂离子充电机充电蓄电池在低温下充电。当充电机充电蓄电池必须在低温下充电时，需要尽可能选择小电流（即慢充）对锂离子充电机充电蓄电池进行充电，并在充电后对锂离子充电机充电蓄电池进行充分搁置，从而保证负极析出的金属锂能够与石墨反应，重新嵌入到石墨负极内部。
当然了，钛酸充电机充电锂电池有着材料上的优势，它在低温下仍然可以实现快充，这种任性，其他材料充电机充电蓄电池很难学来。
天冷了，原本能量满满的充电机充电锂电池，容量上都要打一个折扣，充电机充电锂电池似乎进入了冬眠状态，这给新能源汽车以及数码产品用户带来不小的烦恼。今天这篇文章关注的话题，就是低温对充电机充电锂电池的影响以及业界的研发进展情况。
充电机充电锂电池最怕是低温？
在美国汽车协会进行的测试中，一辆电动汽车在75华氏度（约合24℃）时的续航里程为105英里（约合169公里），20华氏度（约合7℃）时候就会降至43英里（约合69公里）——下降幅度高达60%。充电机充电蓄电池与人有几分相似之处，气候转冷后就不那么活跃，铅蓄充电机充电蓄电池、充电机充电锂电池和燃料充电机充电蓄电池等都会受到低温的影响，只是程度不同而已。
以电动客车上使用最多的磷酸铁充电机充电锂电池为例，这种充电机充电蓄电池安全性高，单体寿命较长，但低温性能比其他技术体系的充电机充电蓄电池略差。低温对磷酸铁锂的正负极、电解液和粘接剂等都存在影响。比如，磷酸铁锂正极本身电子导电性比较差，低温环境下容易产生极化，从而降低充电机充电蓄电池容量；受低温影响，石墨嵌锂速度降低，容易在负极表面析出金属锂，如果充电后搁置时间不足而投入使用，金属锂无法全部再次嵌入石墨内部，部分金属锂持续存在负极的表面，极有可能形成锂枝晶，影响充电机充电蓄电池安全；低温下，电解液黏度会增加，锂离子迁移阻抗也会随之增大；此外，在磷酸铁锂的生产工艺中，粘接剂也是一个非常关键的因素，低温对粘接剂的性能也会产生较大影响。
同样是充电机充电锂电池，钛酸充电机充电锂电池的耐低温性能则比较优异。尖晶石结构的钛酸锂负极材料嵌锂电位约1.5V，不会形成锂枝晶，在充放电过程中体积应变小于 1%。纳米化的钛酸充电机充电锂电池可大电流充放电，实现了低温快充的同时又保障了充电机充电蓄电池的耐久性和安全性。比如，主打钛酸充电机充电锂电池的银隆新能源，其产品具备在-50-60℃的正常充放电能力。
尽管以石墨为负极的锂离子充电机充电蓄电池可以在-40℃下放电，但要在-20℃及更低温度下实现常规电流充电则比较困难，这也是业内正在积极探索的一个领域。
业内对耐低温充电机充电锂电池的探索
业内企业及科研机构对充电机充电蓄电池耐低温性能的探索和攻关，多着眼于对现有正负极材料的工艺改进，以及通过提高充电机充电蓄电池的局部环境温度为充电机充电蓄电池在低温下工作创造条件。
现在的充电机充电蓄电池材料在走向纳米化，材料的粒径、电阻力、AB平面轴长大小三方面会影响充电机充电蓄电池的低温特性。沃特玛通过三种工艺制备磷酸铁锂材料，采用不同的工艺将其纳米化和进行包覆，结果显示，AB面轴长的增大使锂离子迁移通道变大，这有利于提高充电机充电蓄电池的倍率性能；从三种工艺生产的材料来看，层间距大的颗粒石墨，本体阻抗和离子迁移阻抗比较小；电解液方面，沃特玛在固定溶剂体系和锂盐基础上，使用低温添加剂，将放电容量从85%提高到90%。据了解，早在2016年底时，沃特玛已经实现-20、-30、-40℃的环境里下，0.5C充电恒流比达62.9%，-20℃实现放电94%。目前，沃特玛的低温充电机充电蓄电池已经在内蒙古、东北三省等地区大范围推广。
8月31日，北京理工大学等科研团队宣布全气候充电机充电蓄电池产品研发成功。技术人员利用金属丝通电生热的原理，在电芯上加装镍箔片，镍箔片通电产生热量，使充电机充电蓄电池内部温度升高。达到一定温度后，箔片会自动断开以保障充电机充电蓄电池安全。据了解，在-30℃的实验环境，应用这项技术的充电机充电蓄电池，30秒即能快速升温至0℃以上，放电功率提高6倍以上，充电功率则提高10倍以上。该团队相关人员表示，该技术并不改变充电机充电蓄电池原有结构，且改造成本极低，适用于铅酸充电机充电蓄电池、充电机充电锂电池等各类充电机充电蓄电池。据充电机充电蓄电池中国网了解，采用该技术的全气候电动汽车将于2017年12月底发布，预计2020年完成4种车型共11辆产品样车的开发，并开始示范运行。
据媒体报道，在9月20日落幕的2017年“创客中国”新疆创新创业大赛上，中科院新疆理化所博士王磊领衔开发的“全气候充电机充电锂电池”夺得创客组一等奖，这种充电机充电锂电池可在-40℃~60℃的环境中稳定工作。目前，该团队已完成了各种高低温条件下的产品测试工作，即将进入商业化产品生产阶段。
2017年9月19日，70辆搭载微宏MpCO充电机充电锂电池的12米气电混合动力公交车正式在内蒙古包头上线。该地区最低气温在-30℃以下，最高气温可达39℃，包头选用微宏快充充电机充电蓄电池系统，正是考虑到微宏快充充电机充电蓄电池优异的环境适应性。
山东威能是一家专业从事军用低温磷酸铁充电机充电锂电池的研发、生产的高新技术企业，与中科院化学所合作研发、生产的磷酸铁充电机充电锂电池低温性能实现重大突破，在低温-40℃能够放出额定容量的90%以上。
此外，鹏辉能源的动力充电机充电蓄电池可以在-20~60℃的环境中使用，不需要加热和冷却系统。桑顿新能源三元耐低温性能有了较大提高，电芯可在-20℃环境下正常放电，可以满足很多整车企业的需求。
为何充电比放电更需要温度？
细心的读者可能会发现，许多企业的充电机充电蓄电池产品能够实现低温下正常放电，但在同样的温度下，实现正常充电就比较吃力，甚至无法充电，为何？
据业内人士解释，Li+嵌入石墨材料时，首先要去溶剂化，这个过程会消耗一定能量，阻碍了Li+扩散到石墨内部；相反，Li+在脱出石墨材料进入到溶液中时，会有一个溶剂化过程，而溶剂化不消耗能量，Li+可以快速脱出石墨。因此，石墨材料的充电接受能力要明显逊色于放电接受能力。
低温环境下，充电机充电蓄电池充电有一定的风险。因为随着温度的降低，石墨负极的动力学特性进步一变差，充电过程中，负极的电化学极化明显加剧，析出的金属锂容易形成锂枝晶，穿破隔膜并导致正负极短路。
因此业内人士建议，尽量避免锂离子充电机充电蓄电池在低温下充电。当充电机充电蓄电池必须在低温下充电时，需要尽可能选择小电流（即慢充）对锂离子充电机充电蓄电池进行充电，并在充电后对锂离子充电机充电蓄电池进行充分搁置，从而保证负极析出的金属锂能够与石墨反应，重新嵌入到石墨负极内部。
当然了，钛酸充电机充电锂电池有着材料上的优势，它在低温下仍然可以实现快充，这种任性，其他材料充电机充电蓄电池很难学来。
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