我们经常会在锂电池数据表中看到以下数据:锂电池放电温度范围-20℃至60℃,锂电池充电温度范围0℃至45℃(具体取决于品牌和型号)。很明显,锂电池的放电温度范围比充电温度范围更宽广。这引发了一个问题:为什么锂电池在充电时需要更高的温度?
这是因为当温度低于0℃时,对锂电池充电会发生一种“镀锂”的化学反应,这是由于低温条件下,分子的运动能力下降了,最明显的就是锂离子在石墨中的扩散受到抑制,导致插层速率下降,从而在石墨表面发生镀锂反应,这也直接导致锂电池内阻增加和容量损耗。
要明白镀锂反应背后的化学原理,我们需要先了解锂电池的工作原理。锂电池的工作原理其实就是通过锂离子在正负极之间的迁移来存储和释放能量。充电时,锂离子从正极晶格出来,穿过电解液隔膜到负极,嵌入到石墨层间;放电时,锂离子从石墨层间出来,再次穿过电解液隔膜到正极晶格中。
然而在低温环境中,这个过程会受到显著影响,当在低于冰点温度下给锂电池充电时,分子运动能力降低,整个反应过程以及物质传输过程都会变缓,特别是锂离子在石墨层间的传输受影响最显著,导致大多数锂离子无法嵌入到石墨层,直接在石墨表层获得电子形成金属锂,随着金属锂的不断堆积从而形成锂枝晶,锂枝晶的持续生长容易刺破正负极之间的隔膜,从而损坏电池。
当锂电池在低于冰点温度下放电时,锂电池会因为低温影响导致电池电压下降,加快电池达到放电截止电压,从而造成低温放电容量低于常温容量,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。因此,为了保证锂电池的安全使用,锂电池的充电温度会更高。
综上所述,锂电池在充电过程中需要更高的温度是为了促进离子迁移速度、提高充电效率和确保安全性。这个温度范围的设定是为了在性能和可靠性之间取得平衡。通过理解这些原理,我们可以更好地使用和维护锂电池,以获得最佳的性能和寿命。
那么,面对锂电池在低温环境使用受限的情况就无法解决了吗?其实不然。力朗电池的技术人员已经找到了解决对策,通过锂电池低温预热技术(内置智能BMS和加热元件自动控制),让锂电池在低温环境的充放电性能有着显著提升。
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