温度对磷酸铁锂磷酸铁锂电池的影响

  磷酸铁锂电池工作电压高(是镍氢和镍镉磷酸铁锂电池的3倍)，比能大(可达165Wh/kg,它是镍氢磷酸铁锂电池的3倍）、体积小、质量轻、循环寿命长、自放电低、无记忆效应、无污染等优点。磷酸铁锂磷酸铁锂电池在新能源行业受到青睐。磷酸铁锂电池的循环寿命可达3000次左右，放电稳定，广泛应用于动力磷酸铁锂电池和储能领域。

  但其推广速度和应用领域的广度和深度并不令人满意。除了价格、磷酸铁锂电池材料本身造成的批次一致性外，其温度性能也是一个重要因素。本文考察了温度对磷酸铁锂磷酸铁锂电池性能的影响，以及磷酸铁锂电池组在高低温下的充放电。

  一、单体(模块)常温循环汇总

  从常温磷酸铁锂电池的循环寿命可以看出，磷酸铁锂磷酸铁锂电池的长寿命优势目前已达到3314个循环，容量保持率仍为90%，80%的终止寿命可达4000次左右。

  1、单体循环

  已完成：3314cyc，容量保持率为90%。

  磷酸铁锂电池受电池加工工艺和模块组装工艺的影响PACK完成后其中的不一致性已经形成，工艺越精湛成组的内阻越小，电芯间的差异性越小。以下模组的循环寿命是目前大部分磷酸铁锂能做到的基本数据，这样在使用过程中就需要BMS定期平衡磷酸铁锂电池组，减少电池间的差异，延长使用寿命。

  2、模组循环

  已完成：2834cyc，容量保持率为67.26%。

  二、总结单体高温循环

  磷酸铁锂电池在高温条件下的老化寿命加快。

  1、单体充放电曲线

  2、高温循环

  完成高温循环1100cyc，容量保持率为73.8%。

  三、低温对充放电性能的影响

  0~磷酸铁锂电池-20℃在温度下，放电容量分别相当于25℃在温度下放电容量88.05%、65.52%和38.88%；平均放电电压依次为3.134、2.963V和2.788V，一20℃平均放电电压比25℃时降低了0.431V。根据以上分析，磷酸铁锂电池的平均放电电压和放电容量随着温度的降低而降低，特别是当温度为时-20℃磷酸铁锂电池的放电容量和平均放电电压迅速下降。

  从电化学的角度来看，溶液电阻，SEI膜电阻在整个温度范围内变化不大，对磷酸铁锂电池的低温性能影响不大；随着温度的降低，电荷传递电阻显著增加，整个温度范围明显大于溶液电阻SEI膜电阻。由于温度下降，电解液的离子电导率下降，SEI膜电阻和电化学反应电阻增加，导致低温下欧姆极化、浓差极化和电化学极化增加。磷酸铁锂电池的平均电压和放电容量随着温度的降低而降低。

  在-20℃下一个循环5次25℃在下循环中，磷酸铁锂电池的容量和放电平台都降低了。这是因为随着温度的降低，电解质的离子导电率降低，欧姆极化、厚差极化和电化学极化增加，导致金属锂沉积，分解电解质，最终导致电极表面SEI膜增厚、SEI膜电阻增加，在放电曲线上表现为放电平台和放电容量降低。

  1、低温对循环性能的影响

  从图中可以看出，磷酸铁锂电池在-10℃容量在环境中衰减迅速，100次循环后只剩下容量59mAh/g，容量衰减47.8%；磷酸铁锂电池在酸铁锂电池在室温下充放电，检查期间容量恢复性能。其容量恢复到70.8mAh/g，容量损失达到68%。因此，磷酸铁锂电池的低温循环对磷酸铁锂电池容量的恢复有很大影响。

  2、低温对安全性能的影响

  磷酸铁锂电池充电是通过电解质迁移从正极中取出并嵌入负极材料的过程，聚合到负极中，由六个碳原子捕获一个。在低温下，化学反应活性降低，迁移缓慢。金属锂在负极表面尚未嵌入负极中，形成锂枝晶体沉淀在负极表面，容易刺穿隔膜，导致磷酸铁锂电池短路，进而损坏磷酸铁锂电池，造成安全事故。

  从上述数据可以看出，磷酸铁锂磷酸铁锂电池受温度影响较大。在电力磷酸铁锂电池的应用领域和温度影响较大的应用环境中，需要对磷酸铁锂电池进行热管理（风冷、液冷等），以提高磷酸铁锂电池的使用效率，延长磷酸铁锂电池系统的使用寿命。