了解鋰離子電池低溫性能的因素有哪些呢？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-18 13:18
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隨著鋰離子電池在電動(dòng)汽車及軍工領(lǐng)域應(yīng)用的迅速發(fā)展，其低溫性能不能適應(yīng)特殊低溫天氣或極端環(huán)境的缺點(diǎn)也愈發(fā)明顯。低溫條件下，鋰離子電池的有效放電容量和有效放電能量都會(huì)有明顯的下降，同時(shí)其在低于－10℃的環(huán)境下幾乎不可充電，這嚴(yán)重制約著鋰離子電池的應(yīng)用。
鋰離子電池主要由正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液組成。處于低溫環(huán)境的鋰離子電池存在著放電電壓平臺(tái)下降、放電容量低、容量衰減快、倍率性能差等特點(diǎn)。制約鋰離子電池低溫性能的因素主要有以下幾點(diǎn)：
◆正極結(jié)構(gòu)
正極材料的三維結(jié)構(gòu)制約著鋰離子的擴(kuò)散速率，低溫下影響尤其明顯。鋰離子電池的正極材料包括商品化的磷酸鐵鋰、鎳鈷錳三元材料、錳酸鋰、鈷酸鋰等，也包括處于開發(fā)階段的高電壓正極材料如鎳錳酸鋰、磷酸鐵錳鋰、磷酸釩鋰等。不同正極材料具有不同的三維結(jié)構(gòu)，目前用作電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的正極材料主要是磷酸鐵鋰、鎳鈷錳三元材料和錳酸鋰。吳文迪等研究了磷酸亞鐵鋰電池與鎳鈷錳三元電池在－20℃的放電性能，發(fā)現(xiàn)磷酸鐵鋰電池在－20℃的放電容量只能達(dá)到常溫容量的67.38％，而鎳鈷錳三元電池能夠達(dá)到70.1％。杜曉莉等發(fā)現(xiàn)錳酸鋰電池在－20℃的放電容量可以達(dá)到常溫容量的83％。
◆高熔點(diǎn)溶劑
由于電解液混合溶劑中存在高熔點(diǎn)溶劑，鋰離子電池電解液在低溫環(huán)境下黏度增大，當(dāng)溫度過低時(shí)會(huì)發(fā)生電解液凝固現(xiàn)象，導(dǎo)致鋰離子在電解液中傳輸速率降低。
◆鋰離子擴(kuò)散速率
低溫環(huán)境下鋰離子在石墨負(fù)極中的擴(kuò)散速率降低。向宇系統(tǒng)研究了石墨負(fù)極對(duì)鋰離子電池低溫放電性能的影響，提出低溫環(huán)境下鋰離子電池的電荷遷移阻抗增大，導(dǎo)致鋰離子在石墨負(fù)極中的擴(kuò)散速率降低是影響鋰離子電池低溫性能的重要原因。
◆SEI膜
低溫環(huán)境下，鋰離子電池負(fù)極的SEI膜增厚，SEI膜阻抗增大導(dǎo)致鋰離子在SEI膜中的傳導(dǎo)速率降低，最終鋰離子電池在低溫環(huán)境下充放電形成極化降低充放電效率。
◆總結(jié)
目前多因素影響著鋰離子電池的低溫性能，如正極的結(jié)構(gòu)、鋰離子在電池各部分的遷移速率、SEI膜的厚度及化學(xué)成分以及電解液中鋰鹽和溶劑的選擇等。
低溫性能限制了鋰離子電池在電動(dòng)汽車領(lǐng)域、軍工領(lǐng)域及極端環(huán)境中的應(yīng)用，開發(fā)低溫性能優(yōu)異的鋰離子電池是市場的迫切需求。
目前國內(nèi)鋰電池回收數(shù)量遠(yuǎn)低于總報(bào)廢量，主要原因有以下幾個(gè)方面：
1)國內(nèi)鋰電池回收在渠道、體系、制度方面不健全，多數(shù)廢舊電池，特別是數(shù)碼電池未被回收；
2)鋰電池回收法律法規(guī)和監(jiān)管尚需完善，雖在回收主體上有所明確，但還未嚴(yán)格執(zhí)行；
3)由于技術(shù)機(jī)密或經(jīng)濟(jì)效益不明顯等原因，部分廠商對(duì)于廢舊電池并未進(jìn)行回收再利用處理；
4)達(dá)到理論年限需報(bào)廢的電池，由于成本問題，車企并未報(bào)廢，仍在市場流通運(yùn)行，導(dǎo)致實(shí)際總報(bào)廢量遠(yuǎn)低于理論報(bào)廢量，進(jìn)而導(dǎo)致回收量也有所降低。
目前鋰電池回收利用的領(lǐng)域主要分為兩方面：
1)對(duì)符合能量衰減程度的電池進(jìn)行梯次利用(用作儲(chǔ)能或低速電動(dòng)車領(lǐng)域)，如磷酸鐵鋰類電池、三元材料類電池；
2)對(duì)無梯次利用價(jià)值的電池進(jìn)行拆解，回收其中的鎳、鈷、錳、鋰等材料，如數(shù)碼類電池、部分三元材料類電池。GGII調(diào)研顯示，2018年動(dòng)力電池回收總量中用于梯次利用的電池量為2460噸，總回收拆解的電池量為10.93萬噸，電池回收領(lǐng)域尤其是動(dòng)力電池回收領(lǐng)域，用于梯次利用的規(guī)模遠(yuǎn)低于回收拆解的規(guī)模。
2014-2018年中國鋰電池拆解與梯次利用規(guī)模(單位：萬噸)
電池，鋰電池報(bào)廢
數(shù)據(jù)來源：《2019年中國鋰電池回收再利用市場前景分析報(bào)告(第四版)-GGII》
出現(xiàn)以上情況的原因主要有以下幾個(gè)方面：
1)電池生產(chǎn)廠商責(zé)任制不明確，使部分報(bào)廢動(dòng)力電池二次流入市場；
2)部分動(dòng)力電池由于其他原因被提前處理，并未流入市場；
3)車企因成本問題，使得部分真正退役的動(dòng)力電池仍在市場運(yùn)行，并未退役；
4)過去動(dòng)力電池報(bào)廢量較少，舊電池匹配難度高；
5)梯次利用領(lǐng)域技術(shù)成熟度低，儲(chǔ)能市場、再利用市場空間并未得到大規(guī)模釋放。
GGII分析，未來幾年內(nèi)中國鋰電池回收市場將具有以下幾方面的發(fā)展趨勢：
1)現(xiàn)階段，鋰電池的回收方式仍將以拆解回收為主，數(shù)碼類電池仍將是電池回收的主體；
2)2020-2022年后，伴隨動(dòng)力電池最終報(bào)廢壽命的臨近，動(dòng)力電池回收量將會(huì)迎來“高峰”，市場回收量占比將會(huì)超過20%；
3)隨著5G的商用化加速、鉛酸電池的大量退役，未來回收的動(dòng)力電池將在梯次利用領(lǐng)域迎來快速增長，市場可期；
4)現(xiàn)階段，相關(guān)配套政策以及電池回收模式不完善，中國鋰電池回收產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值增速有限，未來隨著國家各部門相關(guān)政策的逐漸實(shí)施以及終端產(chǎn)品附屬價(jià)值的增加，部分企業(yè)將會(huì)迎來大的盈利空間。
