鈷酸鋰電池的低溫性能

在冬季，電池在低溫環(huán)境中的使用性能會(huì)受到嚴(yán)重的影響，導(dǎo)致電池衰減。鈷酸鋰電池在低溫下的使用性能非常差，為了改善低溫電池的性能，研究人員進(jìn)行了探索。鈷酸鋰電池低溫性能取決于以下幾個(gè)方面:1)鈷酸鋰電池在低溫下的放電性能（不適用于高溫加熱);2)鋰離子電池在低溫下的性能表現(xiàn)：在-40℃~120℃范圍內(nèi)的低溫下容量和充放電率及循環(huán)次數(shù)；鈷濃度。

鈷酸鋰電池能承受-55℃以下低溫穩(wěn)定性較好地保持其充電特性。低溫下可以采用多節(jié) LFP (LiFeSO4)磷酸鐵鋰或磷酸鐵鋰電池作為低溫電池包用鋰源來進(jìn)行低溫續(xù)航等應(yīng)用。本文將從LiFe3+體系、LiFe2體系以及鈷體系鈷酸鋰和錳酸鋰電池低溫性能方面進(jìn)行分析，探討低溫下鈷酸鋰電池低溫性能的影響.及鈷酸鋰和鋰離子電池低溫充電性能的優(yōu)劣。低溫是影響電池性能和使用壽命的主要因素之一。

1.低溫對(duì)鈷酸鋰電池性能的影響

鈷酸鋰因其低的理論比容量，高的循環(huán)次數(shù)和使用壽命，成為了低溫電池的重要選擇。但是從現(xiàn)有文獻(xiàn)來看，鈷酸鋰電池的制備方法并不是非常理想。在低溫下，隨著能量密度的降低和充放電速率的降低，鋰鈷二元合金材料中的鈷核和鈷晶界的分離和生長(zhǎng)受到抑制。另外，因?yàn)槎辖鸩牧现械匿嚧嬖谥姾赊D(zhuǎn)移效應(yīng)、熱效應(yīng)和自膨脹效應(yīng)等導(dǎo)致材料內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)的不均勻性，使得二元合金材料會(huì)受到局部高溫腐蝕和溫度應(yīng)力的影響，從而導(dǎo)致材料性能的下降和性能的衰減。鈷酸鋰電池中的鈷核具有較強(qiáng)且與電極具有良好的粘附性能，可以保持良好的倍率性能；而鈷原子由于其特殊的親核性質(zhì)而存在不穩(wěn)定狀態(tài)，且與鋰離子有較強(qiáng)的電子排斥性，使鈷酸鋰電池低溫性能不佳。目前市場(chǎng)上用于循環(huán)壽命測(cè)試的鈷系材料主要為L(zhǎng)iFe3+和LiFe2體系。

2.低溫下鈷酸鋰的充放電行為

從表1可以看出，鈷酸鋰的 Li+ Li絡(luò)合物在20℃時(shí)的容量和充放電率分別達(dá)到59%和72%。另外，鈷酸鋰的 Li+ Li絡(luò)合物、 Li+ Ba絡(luò)合物以及 bi+ Li絡(luò)合物等三種結(jié)構(gòu)都具有相同的導(dǎo)電性。可見，鈷的 Li+ Li絡(luò)合物是理想的低溫充電電池；而鈷酸鋰就是理想的低溫充電電池。另外，研究表明冬季的溫度較低時(shí)充放電過程中的電壓變化較為劇烈，且與 Li+ Li絡(luò)合物以及 bi+ Li絡(luò)合物的性能關(guān)系密切。

3.鈷和錳體系鈷體系鈷酸鋰和錳酸鋰電池低溫性能對(duì)比

鈷酸鋰和錳酸鋰電池低溫性能對(duì)比分析，其溫度系數(shù)都是小于0℃，低溫穩(wěn)定性較好。從表3可以看出，鎳鈷錳電池在40℃至55℃時(shí)分別能實(shí)現(xiàn)25次、100次充電，在-20℃時(shí)達(dá)到峰值，可滿足溫度要求。因此.低溫下采用錳酸鋰作為電芯并不適合選用鈷酸鋰這個(gè)材料。由于鎳錳鈷三者的離子電導(dǎo)率較高，理論上可以通過控制電解液配方實(shí)現(xiàn)低溫下的充電行為。低溫鋰離子電池在-40~-80℃的溫度區(qū)間都能實(shí)現(xiàn)充電行為。因此.錳系材料的鈷體系鈷酸鋰和錳酸鋰電池在低溫條件下對(duì)鋰電芯具有較好的穩(wěn)定性。

4.結(jié)論

鈷酸鋰作為低溫電池包用鋰源有良好的循環(huán)性能和安全性。多節(jié) LFP磷酸鐵鋰或磷酸鐵鋰電池可與LiFe2體系相媲美的充電特性；可以為低溫電池包用鋰源包用方案提供良好的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)；使用 LFP電池包可以使循環(huán)次數(shù)更多地提高能量密度和倍率性能；此外鈷酸鋰電池可使用在低溫條件下進(jìn)行多次充電和放電。鈷酸鋰和鋰鹽體系電池可在低溫下進(jìn)行循環(huán)性能更佳；其電化學(xué)特性也有更好地表現(xiàn)出來。在磷酸鐵鋰材料中添加適量鈷可以提高電池的倍率性能，但是當(dāng)溫度低于-30℃時(shí)，鈷容易被分解，使得鈷酸鋰電池的工作溫度范圍變窄；所以我們要在保證電池充電性能的前提下盡可能降低低溫條件下工作溫度。總的來說，由于鈷體系電池可通過調(diào)控鈷濃度、放電溫度降低電化學(xué)行為并能延長(zhǎng)充放電循環(huán)次數(shù)從而提高電池整體性能，因此，我們可以通過改變鈷元素含量以及結(jié)構(gòu)等措施來更好地提高鈷酸鋰電池在低溫環(huán)境中的性能。

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