了解锂离子电池低温性能的因素有哪些呢？
来源：宝鄂实业
2019-03-18 13:18
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随着锂离子电池在电动汽车及军工领域应用的迅速发展，其低温性能不能适应特殊低温天气或极端环境的缺点也愈发明显。低温条件下，锂离子电池的有效放电容量和有效放电能量都会有明显的下降，同时其在低于－10℃的环境下几乎不可充电，这严重制约着锂离子电池的应用。
锂离子电池主要由正极材料、负极材料、隔膜、电解液组成。处于低温环境的锂离子电池存在着放电电压平台下降、放电容量低、容量衰减快、倍率性能差等特点。制约锂离子电池低温性能的因素主要有以下几点：
◆正极结构
正极材料的三维结构制约着锂离子的扩散速率，低温下影响尤其明显。锂离子电池的正极材料包括商品化的磷酸铁锂、镍钴锰三元材料、锰酸锂、钴酸锂等，也包括处于开发阶段的高电压正极材料如镍锰酸锂、磷酸铁锰锂、磷酸钒锂等。不同正极材料具有不同的三维结构，目前用作电动汽车动力电池的正极材料主要是磷酸铁锂、镍钴锰三元材料和锰酸锂。吴文迪等研究了磷酸亚铁锂电池与镍钴锰三元电池在－20℃的放电性能，发现磷酸铁锂电池在－20℃的放电容量只能达到常温容量的67.38％，而镍钴锰三元电池能够达到70.1％。杜晓莉等发现锰酸锂电池在－20℃的放电容量可以达到常温容量的83％。
◆高熔点溶剂
由于电解液混合溶剂中存在高熔点溶剂，锂离子电池电解液在低温环境下黏度增大，当温度过低时会发生电解液凝固现象，导致锂离子在电解液中传输速率降低。
◆锂离子扩散速率
低温环境下锂离子在石墨负极中的扩散速率降低。向宇系统研究了石墨负极对锂离子电池低温放电性能的影响，提出低温环境下锂离子电池的电荷迁移阻抗增大，导致锂离子在石墨负极中的扩散速率降低是影响锂离子电池低温性能的重要原因。
◆SEI膜
低温环境下，锂离子电池负极的SEI膜增厚，SEI膜阻抗增大导致锂离子在SEI膜中的传导速率降低，最终锂离子电池在低温环境下充放电形成极化降低充放电效率。
◆总结
目前多因素影响着锂离子电池的低温性能，如正极的结构、锂离子在电池各部分的迁移速率、SEI膜的厚度及化学成分以及电解液中锂盐和溶剂的选择等。
低温性能限制了锂离子电池在电动汽车领域、军工领域及极端环境中的应用，开发低温性能优异的锂离子电池是市场的迫切需求。
目前国内锂电池回收数量远低于总报废量，主要原因有以下几个方面：
1)国内锂电池回收在渠道、体系、制度方面不健全，多数废旧电池，特别是数码电池未被回收；
2)锂电池回收法律法规和监管尚需完善，虽在回收主体上有所明确，但还未严格执行；
3)由于技术机密或经济效益不明显等原因，部分厂商对于废旧电池并未进行回收再利用处理；
4)达到理论年限需报废的电池，由于成本问题，车企并未报废，仍在市场流通运行，导致实际总报废量远低于理论报废量，进而导致回收量也有所降低。
目前锂电池回收利用的领域主要分为两方面：
1)对符合能量衰减程度的电池进行梯次利用(用作储能或低速电动车领域)，如磷酸铁锂类电池、三元材料类电池；
2)对无梯次利用价值的电池进行拆解，回收其中的镍、钴、锰、锂等材料，如数码类电池、部分三元材料类电池。GGII调研显示，2018年动力电池回收总量中用于梯次利用的电池量为2460吨，总回收拆解的电池量为10.93万吨，电池回收领域尤其是动力电池回收领域，用于梯次利用的规模远低于回收拆解的规模。
2014-2018年中国锂电池拆解与梯次利用规模(单位：万吨)
电池，锂电池报废
数据来源：《2019年中国锂电池回收再利用市场前景分析报告(第四版)-GGII》
出现以上情况的原因主要有以下几个方面：
1)电池生产厂商责任制不明确，使部分报废动力电池二次流入市场；
2)部分动力电池由于其他原因被提前处理，并未流入市场；
3)车企因成本问题，使得部分真正退役的动力电池仍在市场运行，并未退役；
4)过去动力电池报废量较少，旧电池匹配难度高；
5)梯次利用领域技术成熟度低，储能市场、再利用市场空间并未得到大规模释放。
GGII分析，未来几年内中国锂电池回收市场将具有以下几方面的发展趋势：
1)现阶段，锂电池的回收方式仍将以拆解回收为主，数码类电池仍将是电池回收的主体；
2)2020-2022年后，伴随动力电池最终报废寿命的临近，动力电池回收量将会迎来“高峰”，市场回收量占比将会超过20%；
3)随着5G的商用化加速、铅酸电池的大量退役，未来回收的动力电池将在梯次利用领域迎来快速增长，市场可期；
4)现阶段，相关配套政策以及电池回收模式不完善，中国锂电池回收产业的产值增速有限，未来随着国家各部门相关政策的逐渐实施以及终端产品附属价值的增加，部分企业将会迎来大的盈利空间。
