电池包内由于散热条件不佳,会对电池有什么影响吗
在电池组散热条件不佳的情况下导致部分电池温度过高,降低正负极的界面稳定性,本身就会导致电池的衰降加速。我们以常见的NCM622材料为例,NCM622扣式半电池在20℃下循环100次后,容量保持率为87.5%,但是如果环境温度提高到60℃后,循环100次后扣式电池的容量保持率则仅为68.8%,高温严重的降低了NCM622材料的使用寿命。研究表明高温下NCM622材料会面临更加严重的过渡金属元素溶解和Li/Ni混排,从而导致NCM622颗粒的表层结构衰变,引起界面阻抗的增加和可逆容量的衰降,这是引起NCM材料高温下衰降加速的主要原因。
鉴于温度对于单体电池和电池组寿命的巨大影响,在电池组设计中热管理系统占有非常重要的地位。电池组的热管理系统一般具有两种功能:1)加热,通常通过在电池表面贴加热带的方式实现对单体电池的加热,也有部分学者提出电池内部加热的方式提高加热效率;2)散热功能,常见的散热方式主要包括风冷、水冷、热管和相变材料等,由于水的比热容比较大的,散热效果良好,因此水冷散热是目前最为常用的散热方式。例如特斯拉采用的电池组内部就采用了大量的蛇形管紧贴电池表面为单体电池进行散热,从而保证电池内部温度的均匀性,提高电池组的使用寿命。
水冷散热带来良好的散热效果的同时,也带来一个巨大的风险,一旦冷却液发生泄漏,会直接导致电池组内大量的电器设备发生短路,动力电池组的电压往往高达数百伏,短路事故的发生会产生严重的安全事故。因此,电池组的冷却系统在使用之前必须要进行密封性检测,然而电池组的冷却系统通常体积庞大,结构复杂,常规的差压、背压等检测方式并不适合对其进行检漏。锂离子电池自从进入市场以来,以其寿命长、比容量大、无记忆效应等优点,获得了广泛的应用。锂离子电池低温使用存在容量低、衰减严重、循环倍率性能差、析锂现象明显、脱嵌锂不平衡等问题。然而,随着应用领域不断拓展,锂离子电池的低温性能低劣带来的制约愈加明显。
据报道,在-20℃时锂离子电池放电容量只有室温时的31.5%左右。传统锂离子电池工作温度在-20~+55℃之间。但是在航空航天、军工、电动车等领域,要求电池能在-40℃正常工作。因此,改善锂离子电池低温性质具有重大意义。