常規(guī)的鋰電池工作溫度：-20℃~60℃，不過(guò)一般低于0℃后鋰電池性能就會(huì)下降，放電能力就會(huì)相應(yīng)降低，所以鋰電池性能完全的工作溫度，常見(jiàn)是0~40℃。一些特殊環(huán)境要求的鋰電池溫度就各有不同了，有些甚至可以在上百攝氏度的環(huán)境中正常運(yùn)行。
　　
“鋰電池”，是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世紀(jì)70年代時(shí)，M. S. Whittingham提出并開(kāi)始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學(xué)特性非?；顫?，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對(duì)環(huán)境要求非常高。所以，鋰電池長(zhǎng)期沒(méi)有得到應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在鋰電池已經(jīng)成為了主流。
鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的?？?a class="baidu-highlight" href="http://m.pdszhhs.com" target="_blank">充電電池的第五代產(chǎn)品鋰金屬電池在1996年誕生，其安全性、比容量、自放電率和性能價(jià)格比均優(yōu)于鋰離子電池。由于其自身的高技術(shù)要求限制，現(xiàn)在只有少數(shù)幾個(gè)國(guó)家的公司在生產(chǎn)這種鋰金屬電池。 

鋰離子電池的老化不僅取決于時(shí)間或循環(huán)次數(shù)，還取決于操作條件，即應(yīng)力因素。深入分析包括溫度，充放電率，DOD和平均SOC在內(nèi)的決定性應(yīng)力因素的影響是延長(zhǎng)鋰離子電池壽命并確保其性能可靠性的先決條件。

溫度對(duì)鋰離子電池的循環(huán)老化速率有很大的影響。較低的溫度，由于強(qiáng)化的鋰單質(zhì)電鍍而降低循環(huán)壽命；過(guò)高的溫度，由于Arrhenius驅(qū)動(dòng)的老化反應(yīng)，而縮短電池壽命；因此鋰電池只有在適當(dāng)?shù)臏囟认虏拍塬@得最佳循環(huán)壽命。[6] W aldmann7進(jìn)行了一次綜合實(shí)驗(yàn)覆蓋溫度范圍從- 20℃至70℃，發(fā)現(xiàn)25℃是LixNi1/3Mn1/3Co1/3O2/LiyMn2O4混合陰極和石墨/碳陽(yáng)極的18650型獲得最長(zhǎng)電池循環(huán)壽命的最佳工作溫度。如其他研究工作所示，最佳循環(huán)溫度可能不是25℃。電池的類型多種多樣，最佳循環(huán)溫度也不盡相同。Schuster等人[ 5]研究獲得的最佳溫度在35 ° C，而B(niǎo)auer等[8] 檢測(cè)到最佳溫度是約17° C。溫度高于最佳循環(huán)溫度，加速固體電解質(zhì)界面（SEI）的形成，帶來(lái)快速的容量衰減和阻抗升高。在充電過(guò)程結(jié)束時(shí)較低的溫度有利于負(fù)極表面鍍鋰的形成。許多研究者[9 – 13]已經(jīng)使用原位或者非原位方法確認(rèn)了鋰電池負(fù)極鍍鋰現(xiàn)象的存在，但至今仍然沒(méi)有人對(duì)陰極降解問(wèn)題作出明確報(bào)道。

 

據(jù)報(bào)道放電率對(duì)鋰離子電池的老化速率有指數(shù)級(jí)別的影響。[1 ，14 - 17 ]Cui等確定了方程式1.15Ah LiCoO 2 / MCMB（中間相碳微珠）鋰離子電池的放電速率和容量損失之間的關(guān)系。[1 – 3]

 

在這里，Qloss是容量損失，T是以開(kāi)爾文為單位的絕對(duì)溫度，C是放電倍率，n是循環(huán)數(shù)，A（C）是預(yù)指數(shù)因子，Ea（C）是活化能。

Omar等人 [16]也報(bào)道了放電率對(duì)圓柱形2.3 Ah LiFePO 4 /石墨鋰離子電池循環(huán)壽命的指數(shù)影響。Wang等人[ 1 ]提取了與上述Cui等人類似的電池壽命模型，放電倍率與容量損失的關(guān)系，如下面方程[4]所示。結(jié)果基于大量的26650圓柱形LiFePO 4 /石墨鋰離子電池循環(huán)測(cè)試數(shù)據(jù)。

其中Qloss 是容量損失，B是預(yù)指數(shù)因子，C Rate 是放電率，R是氣體常數(shù)，T是以開(kāi)爾文為單位的絕對(duì)溫度，并且Ah是以Ah計(jì)量的電量。公式[1]和[4]是經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，因此等?hào)兩邊的單位不完全相同。

許多研究人員認(rèn)為，大電流放電會(huì)導(dǎo)致SEI層出現(xiàn)裂紋，其次是SEI修復(fù)。[1，14，16，18，19 ]因此，在陽(yáng)極表面上的副反應(yīng)被加速，SEI膜厚度進(jìn)一步增長(zhǎng)。所有這些過(guò)程都會(huì)增加可循環(huán)鋰的消耗和電池的阻抗。實(shí)際上，較高的電池溫度總是伴隨著較高的放電速率，這模糊了在高放電電流下加速電池老化的真正原因。本文研究了應(yīng)力因子溫度和放電速率對(duì)混合陰極鋰離子軟包電池的影響。

開(kāi)發(fā)混合陰極以結(jié)合不同陰極材料的優(yōu)點(diǎn)。一些研究小組試圖解釋混合陰極LiMn2O4/LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2的老化機(jī)理。[2，20，21]他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在這類電芯的老化機(jī)理主要是可循環(huán)的鋰的損失和陰極材料的部分損失。然而，關(guān)于LiCoO2/LiNi0.8Co0.15Al0.05O2（LCO/NCA）混合陰極的老化行為的信息很少。

 

2 試驗(yàn)

為了研究溫度和放電率的應(yīng)力因素對(duì)鋰離子電池的影響，測(cè)試了來(lái)自制造商Kokam的標(biāo)稱容量為5Ah的SLPB50106100型鋰離子軟包電池。根據(jù)能量色散X射線光譜結(jié)果，電池的活性材料在陽(yáng)極由石墨組成，在陰極由混合材料LCO / NCA組成。數(shù)據(jù)手冊(cè)給出參數(shù)范圍，電壓從2.7 V至4.2 V以及充電和放電的最大電流速率2C和5C。

在我們的老化實(shí)驗(yàn)中，定期進(jìn)行性能測(cè)試以檢查電芯的健康狀況（SoH）。性能測(cè)試分為基本性能測(cè)試和擴(kuò)展性能測(cè)試?；拘阅軠y(cè)試，即容量測(cè)試，每?jī)芍苓M(jìn)行一次。擴(kuò)展性能測(cè)試每四周進(jìn)行一次，包括容量測(cè)試，開(kāi)路電壓（OCV）測(cè)試和電化學(xué)阻抗譜（EIS）測(cè)試。循環(huán)測(cè)試，容量測(cè)試和OCV測(cè)試由BaSyTec公司的電池測(cè)試系統(tǒng)（CTS）統(tǒng)一管理。EIS測(cè)試在Biologic Science Instruments公司的恒電位儀VMP3上完成。所有這些測(cè)試在25 ° C的氣候室進(jìn)行。電芯測(cè)試在正常的大氣壓下進(jìn)行，沒(méi)有施加額外的外部壓力。

在容量測(cè)試中，剩余容量的測(cè)量如下。將1C的恒定電流（CC）（對(duì)應(yīng)于5A）充電至4.2V，然后在4.2V下切換至恒定電壓（CV）。CV階段，當(dāng)電流降至0.05C以下時(shí)，電芯被認(rèn)為是100％充滿。在10分鐘的停頓后，施加1C的CC以將電池放電至2.7V，接著是CV階段，進(jìn)一步放電直至電流降至0.05C以下。這個(gè)CV階段的目的是為了最小化單元中阻抗上升對(duì)測(cè)量容量的影響。OCV測(cè)試總是在上述容量測(cè)試10小時(shí)后開(kāi)始，以排除OCV曲線回彈的影響。實(shí)施0.1C的CC以將電池充電至4.2V，然后使用與上述相同的CV充電階段。暫停1小時(shí)后，電池以0.1C CC放電至2.7V并以與上述相同的CV放電階段放電。在恒流模式下OCV測(cè)試6小時(shí)后，以100kHz至10mHz AC振幅為200mA交流激勵(lì)下測(cè)量電池在50％SoC下阻抗譜。奈奎斯特圖中零交叉處阻抗的實(shí)部取作電池的歐姆電阻。