1、淺析鋰離子電池在高低溫下的性能表現促進汽車動力電池產業發展行動方案有一條關于鋰離子動力電池的使用環境的溫度目標：“使用環境達-30到55”。這里提出了動力電池的溫度要求：電池在低溫-30、高溫55可以使用，但是沒有明確說明是電池單體、模塊或電池包/系統，也沒有說明在這個溫度范圍內如何使用電池(或者說沒有提出在這個溫度范圍的性能要求)，特別是低溫-30的要求(比如在此溫度下放電容量要求、功率要求等)。關于動力電池在高溫或低溫下的要求，首先來看一下相關的法規標準是如何規定的：1.QC/T743-2006 電動汽車用鋰離子蓄電池。這是之前實行的老的電池標準，跟高溫、低溫相關的要求主要是針對單體電池的

2、：-202下 C/3放電容量不小于額定值的70%552下 C/3放電容量不小于額定值的95%552下100%SOC存儲7天后荷電保持率不低于額定值80%，容量恢復不小于額定值90%2.GB/T 31486-2015 電動汽車用動力蓄電池電性能要求及試驗要求。這是關于單體電池和模塊的最新國標要求，其中關于電池模塊在高溫和低溫下的性能要求為：在-202下的1C放電容量不低于初始容量的70%在552下的1C放電容量不低于初始容量的90%在552下100%SOC存儲7天后，其荷電保持率不低于初始容量的85%，容量恢復應不低于初始容量的90%3.GB/T 31467.1/2-2015 電動汽車用鋰離子動

3、蓄電池和系統 第1/2部分：高功率/高能量應用測試規程。該標準系列是關于電池包/系統的要求，僅僅提供測試方法，并不提供具體要求。跟高、低溫相關的要求為：容量和能量測試(這是1C的持續放電 )的最高、最低溫度為：40和-20功率和內阻測試(短時間大電流放電)的最高、最低溫度為：40和-20無附載容量損失測試，最高溫度是40存儲中容量損失測試，最高溫度為45高低溫啟動功率測試，最高溫度、最低溫度為：40和-20能量效率測試，最高溫度、最低溫度為：40和-20取最大值和最小值，可以看到目前標準對溫度的要求是：電池單體和模塊：-20 55電池包/電池系統：-20 45對比促進汽車動力電池產業發展行動方

4、案的目標可以看到：1.電池單體/模塊高溫目標與現行單體/模塊高溫一致低溫目標比現行標準低10，達到-302.電池包/系統高溫目標比現行電池包/系統溫度高10，達到55低溫目標比現行標準低10，達到-30圖1是鋰離子電池在不同低溫下的放電容量曲線示意圖(這里用來表示一般的變化趨勢)。跟室溫20相比，低溫-20下容量衰減已經比較明顯，到-30是容量損失更多，-40下容量連一半都不到了。圖1 鋰離子電池在低溫下的容量衰減這里看一下影響低溫性能的因素。通過對比容量和電解液電導率關系(圖2)可以看到，溫度越低，電池電解液的電導率越低。當電導率下降之后，溶液傳導活性離子的能力就下降，表現為電池內部反應的阻

5、力就會增加(這個阻力在電化學里面用阻抗表示)，造成放電能力下降，即容量下降。更進一步，通過測量電池內部各部分(正極、負極、電解液)阻抗可以看到各部分對電池阻抗的影響(圖3)。當溫度-10左右，正極、負極(圖中以石墨為例)的界面阻抗快速增加，而電解液的阻抗大概在-20左右之后快速上升，這幾個阻抗綜合結果就表現為電池阻抗在-10左右快速上升(圖中用Li-ioncell表示)。圖2 不同溫度下電池容量和電解液電導率關系圖3 不同溫度下電池的內部各部分的阻抗大小法國著名電池公司Saft曾經通過2Ah圓柱電池(正極材料NCM，使用PVdF粘結劑，負極材料碳，使用CMC/SBR粘結劑)研究了高溫對電池性能

6、的的影響，對比了兩個電池在不同高溫下的情況：B2電池-首先在60循環2次，然后在85下循環B3電池- 首先在60循環2次，然后在120下循環從圖4可以看到，B2電池在85下循環26次之后，容量損失大約7.5%，電池阻抗增加100%；B3電池在120下循環25次之后，容量損失大約22%，電池阻抗增加高達1115%。圖4 B2、B3電池在高溫下的循環曲線和電池阻抗增加曲線采用圖5的模型說明高溫120下電池正極的變化。在120下，部分正極粘結劑PVdF從Part1區域遷移到正極表面，這造成Part1區域的粘結劑含量下降，活性材料NMC材料由于粘結劑的缺失，造成了電化學反應的能力下降。在Part2區域

7、，這部分是正極的主體，粘結劑含量正常，高溫影響不大，活性材料可以正常進行反應。圖5 正極在120下循環之后的示意圖通過分析負極表面可以看到高溫對負極的影響(圖6)。圖6a是負極的初始狀態，在85下循環之后，負極表面出現了常見的固體電解質相(圖6b負極表面被新生成的物質覆蓋，造成表面形貌跟初始形貌的不同，有些小的球形物質。SEI：SolidElectrolyte Interface)。當溫度上升在120時，生成了更多的SEI(圖6c，負極表面被更多的顆粒覆蓋)，消耗了更多的活性鋰離子，造成了容量的下降。圖6 負極表面的形貌變化總的來說，影響電池高溫、低溫的因素可以概括為：電解液的電導率、界面阻抗、SEI膜等，這些因素綜合作用在一起，影響了電池的性能。一般的來說，提高電池各組分的電導率或者導電性(包括選擇導電性更好的活性材料、優化電解液成分、改善負極SEI膜成分、抑制正極