鋰離子電池具有工作電壓高(是鎳氫、鎳鎘電池的3倍)、比能大(可達(dá)165Wh/kg,是鎳氫電池的3倍)、體積小、質(zhì)量輕、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電低、無(wú)記憶效應(yīng)、無(wú)污染等眾多優(yōu)點(diǎn)。在新能源行業(yè)磷酸鐵鋰電池被看好，電池循環(huán)壽命可達(dá)到3000次左右，放電穩(wěn)定，被廣泛應(yīng)用在動(dòng)力電池和儲(chǔ)能等領(lǐng)域。

但其推廣的速度及應(yīng)用領(lǐng)域廣度、深度卻不盡如意。阻礙其快速推廣的因素除了價(jià)格、電池材料自身引起的批次一致性等因素外，其溫度性能也是重要因素。此文考察了溫度對(duì)磷酸鐵鋰電池性能的影響，同時(shí)考察了電池組在高低溫情況下的充放電情況。一、單體(模組)常溫循環(huán)匯總

常溫測(cè)試電池的循環(huán)壽命可以看出，磷酸鐵鋰電池的長(zhǎng)壽命優(yōu)勢(shì)，目前做到3314個(gè)循環(huán)，容量保持率依然在90%，而達(dá)到80%的壽命終止可能要做到4000次左右。

低溫磷酸鐵鋰電池  

-20℃低溫0.5C充電，且充放電循環(huán)300周以上；

-40℃低溫0.2C充電，且充放電循環(huán)300周以上。

1、單體循環(huán)

目前已完成：3314cyc，容量保持率為90%。

受電芯的加工工藝和模組的成組工藝影響，電池在PACK完成后其中的不一致性已經(jīng)形成，工藝越精湛成組的內(nèi)阻越小，電芯間的差異性越小。以下模組的循環(huán)壽命是目前大部分磷酸鐵鋰能做到的基本數(shù)據(jù)，這樣在使用過(guò)程中就需要BMS對(duì)電池組定期進(jìn)行均衡，減小電芯間差異，延長(zhǎng)使用壽命。

2、模組循環(huán)

目前已完成：2834cyc，容量保持率為67.26%。

二、單體高溫循環(huán)匯總

高溫工況下加速電池的老化壽命。

1、單體充放電曲線

2、高溫循環(huán)

高溫循環(huán)完成1100cyc，容量保持率為73.8%。

三、低溫對(duì)充放電性能影響

電池在0～-20℃溫度下，放電容量分別相當(dāng)于25℃溫度下放電容量的88.05%、65.52%和38.88%;放電平均電壓依次為3.134、2.963V和2.788V，一20℃放電平均電壓比25℃時(shí)降低了0.431V。從上述分析可知，隨著溫度的降低，鋰離子電池的放電平均電壓和放電容量均有所降低，尤其當(dāng)溫度為-20℃時(shí)，電池的放電容量和放電平均電壓下降較快。

圖1磷酸鐵鋰電池不同溫度下放電曲線

從電化學(xué)角度分析，溶液電阻、SEI膜電阻在整個(gè)溫度范圍內(nèi)變化不大，對(duì)電池低溫性能的影響較小;電荷傳遞電阻隨溫度的降低而顯著增加，且在整個(gè)溫度范圍內(nèi)隨溫度的變化都明顯大于溶液電阻和SEI膜電阻。這是因?yàn)殡S著溫度的降低，電解液的離子電導(dǎo)率隨之降低，SEI膜電阻和電化學(xué)反應(yīng)電阻隨之增大，導(dǎo)致低溫下歐姆極化、濃差極化和電化學(xué)極化均增大，在電池的放電曲線上就表現(xiàn)為平均電壓和放電容量均隨著溫度降低而降低。

圖2電池低溫下充放電5次后

從圖2可知，在-20℃下循環(huán)5次再在25℃下循環(huán)，電池的容量與放電平臺(tái)均有所降低。這是因?yàn)殡S著溫度的降低，電解液的離子導(dǎo)電率降低，低溫充電過(guò)程中的歐姆極化、濃差極化和電化學(xué)極化加大，導(dǎo)致金屬鋰沉積，使電解液分解，最終導(dǎo)致電極表面SEI膜增厚、SEI膜電阻增加，在放電曲線上表現(xiàn)為放電平臺(tái)和放電容量降低。

1、低溫對(duì)循環(huán)性能影響

圖3鋰離子電池常溫下0.5C倍率循環(huán)曲線

圖4鋰離子電池-10℃溫度下0.5C倍率循環(huán)曲線

從圖中可以看出，電池在-10℃的環(huán)境下容量衰減較快，100次循環(huán)后容量?jī)H剩59mAh/g，容量衰減47.8%;將在低溫下放過(guò)電的電池在常溫下進(jìn)行充放電測(cè)試，考察期容量恢復(fù)性能。其容量恢復(fù)至70.8mAh/g，容量損失達(dá)68%。由此可見(jiàn)，電池的低溫循環(huán)對(duì)電池容量的恢復(fù)影響較大。

2、低溫對(duì)安全性能影響

鋰離子電池充電是鋰離子從正極脫出經(jīng)過(guò)電解液遷移嵌入負(fù)極材料的過(guò)程，鋰離子向負(fù)極聚合，由六個(gè)碳原子俘獲一個(gè)鋰離子。在低溫下，化學(xué)反應(yīng)活性降低，同時(shí)鋰離子遷移變慢，在負(fù)極表面的鋰離子還沒(méi)有嵌入到負(fù)極中已經(jīng)先還原成金屬鋰，并在負(fù)極表面沉淀析出形成鋰枝晶，這容易刺穿隔膜造成電池內(nèi)短路，進(jìn)而損壞電池，造成安全事故。

可以由以上數(shù)據(jù)得出，磷酸鐵鋰電池受溫度影響很大，在以動(dòng)力電池應(yīng)用領(lǐng)域和溫度影響較大的應(yīng)用環(huán)境，需要對(duì)電池進(jìn)行熱管理(風(fēng)冷、液冷等)才能提高電池的使用效率，延長(zhǎng)電池系統(tǒng)使用壽命。