锂离子电池低温技术知多少？（一）——表现篇

对于锂离子电池而言，不论是国标还是企标，对放电的下限温度都有着严格的限制：不低于-20℃。而对于充电温度而言，则不仅会像放电一样规定最低温度，甚至明确规定低温下只能小倍率充电、且不能满充（例如0~15度时只能0.2C充电，且上限电压是4.0V），生怕用户越雷池半步。那么问题来了，本来用户需要的是一个高低温性能皆要兼顾的全能战士，但为什么锂电厂家却要定下这些苛刻的限制呢？让我们首先从锂离子电池低温下的表现说起。对于相同倍率下的放电，当外界温度越低时，锂离子电池的放电电压就会越低。如下图所示：从图中可以看出，当温度降低时，电池放电电压也大幅降低，这样电池在低温放电时就会更快的到达放电截止电压，从而造成低温放电容量明显低于常温容量。需要向大家说明的是，锂离子电池低温下的容量并非消失了，而只是无法在正常电压范围（≥3.0V）内全部放出而已，如果可以将放电截止电压继续下延，那就可以将剩余的容量放出。但问题是过低的电压已经无法保持用电设备的正常使用，因此过低的下限电压（＜2.5V）一般没有太多的讨论意义。相对于低温放电，锂离子电池低温充电的表现则更加不尽如人意，首先，低温下的充电会快速达到恒压阶段、并会一定程度上降低充电容量、同时增加充电时间，如下图所示：不仅如此，锂离子电池在低温充电时，锂离子可能来不及嵌入石墨负极当中，从而析出在负极表面形成金属锂枝晶，这一反应会消耗电池中的可以反复充放电的锂离子、并大幅降低电池容量，析出的金属锂枝晶也可能会刺穿隔膜，从而影响安全性能。低温充电后锂离子电池负极表面析锂的图片如下：知识窗口：锂离子电池低温放电容量会降低，但是经过常温充放电后可以恢复，是可逆的容量损失；但是低温充电会造成析锂，是永久性的容量损失。由于低温充电析锂的危害更大，因此锂离子电池的低温充电要比低温放电管控的更严。目前很多电池厂都会用“阶梯充电”的方式描述锂离子电池的充电条件，下面是一个类似的例子：上面阶梯充电的描述虽然对客户来说有点“坑”，但是却是目前电池厂常用的一类规避低温充电析锂的方法，下面该向大家做一个总结了。由于锂离子电池在低温放电时的电压平台更低，因此会造成低温下放电容量的明显降低，但是这种损失会随着常温充放电的进行而自动弥补，属于可逆的损失。但是对于低温充电而言，温度过低或者倍率过大都会造成电芯不可逆的形成锂枝晶和不可逆的容量损失，并影响电池的安全性能。来源：知行锂电