低温如何影响锂电池性能
低温锂电池背后的科学
1、如何锂离子电池操作
锂离子电池通过锂离子在充电和放电循环期间在阳极和阴极之间的移动来发挥作用。电解质促进了这种离子转移，而隔板防止了电极之间的直接接触。这种电化学过程产生能量，为从手持式仪器到工业机器人。这一过程的效率取决于几个因素，包括电池的设计、材料和操作条件。例如，能量密度范围为160–270 Wh/kg的NMC锂电池广泛用于需要高能量输出和长循环寿命的应用中。然而，在不同的温度条件下，这些电池的性能会有很大的不同。
2、温度在电化学反应中的作用
温度在气候变化中起着至关重要的作用锂离子电池的电化学性能。在最佳温度下，通常在25°C左右，电解质保持其流动性，从而实现高效的离子传输。然而，随着温度下降，电解质的粘度增加，降低了离子迁移率，减缓了电化学反应。这种现象直接影响电池的容量和放电率。发表在能源杂志强调低温会导致电池活性和放电容量显著降低，对电池性能造成潜在的长期损害。
3、寒冷天气对阳极、阴极和电解质的影响
寒冷的天气会影响到锂离子电池不一样。阳极经历减少的锂离子嵌入，而阴极释放锂离子的能力降低。对温度敏感的电解质的物理性质会发生变化，导致离子导电性降低。一项分析锂离子电池在-25°C下性能的研究发现，电解质的改变特性会显著阻碍锂离子的运动，减缓电化学反应动力学。对于以下应用，这种性能下降尤其令人担忧医疗设备，稳定的能量输出至关重要。
4、为什么离子迁移率和电导率在低温下下降
在低温下，锂离子电池中离子迁移率和电导率的降低源于电解质性质的变化。液体电解质变得更加粘稠，限制了锂离子在电极之间的移动。这种离子迁移率的降低降低了电化学反应速率，导致电池整体性能下降。此外，在低温下形成较厚的固体电解质界面(SEI)层进一步阻碍了离子传输。经验数据表明，在-25°C时，容量衰减锂离子电池由于这些因素而增加，强调需要先进的材料和设计来提高低温性能。
