温度、湿度对集装箱储能电池的影响

作者:兰洋科技    浏览量:4608    时间:2023年04月11日    标签: 储能电池 电池散热

锂电池是集装箱储能系统的核心部件,温度对锂电池的影响主要体现在容量、使用寿命、热稳定性等方面。 

温度对锂电池容量和寿命的影响

锂电池容量和使用寿命,会随着温度变化产生较大改变,最主要的原因就是温度会导致电池内的电阻、电压改变。在高温环境下,正极中的金属离子会发生溶解进入电解液,并穿过隔膜在负极沉积,导致负极内阻增加,此外,高温环境也会导致活性材料以及有效锂离子的流失。而在低温环境下,由于电解质的传输性能会显著降低,因此锂电池的容量也会显著降低。例如,磷酸铁锂电池的容量在 0 摄氏度以下的保持率为 60-70%,而在-20 摄氏度的环境下,保持率则降低到 20-40%。 

温度对锂电池热稳定性的影响

温度对锂电池稳定性的影响,主要体现在高温导致内部材料发生分解反应。持续高温环境下,锂电池内部的 SEI 膜(固体电解质界面莫)会首先分解,随后,负极材料与电解液发生反应,隔膜熔融,最后正极材料和电解液发生分解。其中 SEI 膜的分解温度区间一般在 80-120 摄氏度。电池的这些变化会导致锂离子通道发生闭塞,正负极直接接触,从而导致短路,放出大量热。此外,由于材料分解过程中还会产生大量气体和热量,导致电池内部压力迅速增加,发生鼓包、破裂、泄压阀破裂、铝箔熔化等现象。而当热失控现象一旦发生,电池内部温差可达 520 摄氏度,对安全性是极大的挑战。此外,在长期极端低温环境下,电池负极会析出锂,形成锂枝晶,锂枝晶较多时会刺穿 SEI 膜,也会导致电池无法工作。 

电池模组的温度均一性要求

电池模组温度不均匀性会导致整个电池产生木桶短板效应。电池在实际使用过程中,由于复合的变化会导致电流波动起伏,进而引起电池组生热不均匀。在电池组往复多次使用后,组内各单体的老化程度不同,易产生过充和过放的现象,导致电池性能下降,因此,电池组在工作时的性能是由最差的单体电池所决定。而要保证组内各单体的均一性,提高电池组的整体寿命,则要减少个单体间的温度梯度,一般各单体间温差不宜超过 5 摄氏度。 

图1   锂电池工作的各种温度区间

图1   锂电池工作的各种温度区间

图2:水分对锂离子电池的影响

图 2:水分对锂离子电池的影响 

湿度对锂电池的影响

湿度对电池性能的影响,主要体现在加剧电池内部的反应。锂离子电池内部使复杂的化学体系,这些系统内部反应过程都与水分密切相关,而水分的失控或粗化控制,会导致电池中水分的超标存在,不仅会导致电解质锂盐的分解,也会对正负极材料的成膜和稳定性产生恶劣影响,进而影响容量、内部、等电化学特性。 

根据《湿热环境下 NCM 三元锂离子电池热失控分析》,环境湿度增加,电池达到热失控临界温度的时间会逐渐缩短。在环境适度为 100%工况下的临界时间,比 50%适度下的临界时间提前 7.2%,这表明湿度在一定范围内会加剧电池热失控。因为随着适度增加,电池内部的反应会逐渐加剧,导致电池鼓包或外壳破裂,进而降低电解液的热稳定性。此外,水分过量也会导致电池内的电解液分解出氢氟酸,腐蚀金属零件,进而导致漏液,并破坏 SEI 膜,使锂离子发生不可逆转的化学反应,降低电池的能量。 

本文标题:温度、湿度对集装箱储能电池的影响

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