中國(guó)粉體網(wǎng)訊 在冬季，自嘲“凍死狗”的人們裹緊了大衣，想盡力留住被風(fēng)撩撥的一絲溫度。而最尷尬的事情莫過于，當(dāng)你想駕愛車似古人御風(fēng)而行的時(shí)候，電動(dòng)汽車“罷工”了！在冬季，動(dòng)力電池對(duì)溫暖的渴望，不亞于人們?cè)诒煅┑乩飮鸂t取暖的念想。
低溫是電動(dòng)汽車在我國(guó)大北方、高寒地區(qū)等地推廣的一個(gè)障礙，更是動(dòng)力電池企業(yè)的一塊心病，攻克動(dòng)力電池的耐低溫問題，一直是業(yè)內(nèi)重點(diǎn)努力的方向之一。
微觀看低溫對(duì)動(dòng)力電池的影響
許多動(dòng)力電池為什么一到冬季就不行了？在低溫環(huán)境里，它的內(nèi)部究竟發(fā)生了什么？
以電動(dòng)客車上使用最多的磷酸鐵鋰電池為例，這種電池安全性高，單體壽命較長(zhǎng)，但低溫性能比其他技術(shù)體系的電池略差。低溫對(duì)磷酸鐵鋰的正負(fù)極、電解液和粘接劑等都存在影響。比如，磷酸鐵鋰正極本身電子導(dǎo)電性比較差，低溫環(huán)境下容易產(chǎn)生極化，從而降低電池容量；受低溫影響，石墨嵌鋰速度降低，容易在負(fù)極表面析出金屬鋰，如果充電后擱置時(shí)間不足而投入使用，金屬鋰無法全部再次嵌入石墨內(nèi)部，部分金屬鋰持續(xù)存在負(fù)極的表面，極有可能形成鋰枝晶，影響電池安全；低溫環(huán)境下，電解液黏度會(huì)增加，鋰離子遷移阻抗也會(huì)隨之增大；此外，在磷酸鐵鋰的生產(chǎn)工藝中，粘接劑也是一個(gè)非常關(guān)鍵的因素，低溫對(duì)粘接劑的性能也會(huì)產(chǎn)生較大影響。
低溫帶來的另外一個(gè)問題，反映到用戶端就是充電時(shí)間延長(zhǎng)。在低溫下充電，電池容易析鋰，所以充電之前，一般要對(duì)電池進(jìn)行緩慢加熱，等電池溫度升高至正常溫度后再進(jìn)行充電。
多維度攻克耐低溫難題
解決電池的耐低溫問題，通常從電池材料、電芯設(shè)計(jì)及PACK制造三方面著手，提高鋰離子電池的低溫充放電性能和循環(huán)壽命。桑頓新能源研發(fā)部總經(jīng)理苗力孝向電池中國(guó)網(wǎng)介紹了動(dòng)力電池的耐低溫解決方案。
目前，汽車動(dòng)力電池常見的正極材料以三元和磷酸鐵鋰為主，可通過減小粒徑，采用納米技術(shù)使得材料的一次顆粒納米化，從而縮短鋰離子的遷移路徑；磷酸鐵鋰可以通過摻雜La（La是鑭的元素符號(hào)）、Mg，增大C軸，改變層間距，增大鋰離子傳輸通道；在三元NCM表面包覆LBO-S快離子導(dǎo)體（也稱超離子導(dǎo)體，有時(shí)又稱固體電解質(zhì)，它區(qū)別于一般離子導(dǎo)體的最基本特征，即在一定的溫度范圍內(nèi)具有能與液體電解質(zhì)相比擬的離子電導(dǎo)率），以減少SEI的形成，使鋰離子的傳輸直接可以通過快離子導(dǎo)體進(jìn)出材料本體。
對(duì)于負(fù)極材料，現(xiàn)有石墨負(fù)極材料可通過包覆、表面氧化、摻雜或包覆其它元素，來增加石墨層間距，加快鋰離子在負(fù)極表面的去溶劑化速度，從而改善鋰離子嵌入石墨負(fù)極的速度。苗力孝表示，開發(fā)鋰合金、錫基負(fù)極等新型負(fù)極材料，可大大改善鋰離子電池的低溫性能。
電解液主要分為鋰鹽、溶劑和添加劑三部分。苗力孝介紹，關(guān)于鋰鹽，可添加硼酸鹽，有助于在材料表面形成穩(wěn)定的SEI膜，并有利于鋰離子的擴(kuò)散；關(guān)于溶劑，可通過配置一個(gè)合理的比例，改善電解液溶劑的低溫性能；關(guān)于添加劑，通過添加不同的添加劑，對(duì)電池的低溫性能也有不同的改善作用。據(jù)了解，桑頓新能源有專門的團(tuán)隊(duì)，專注于電解液配方研發(fā)，以解決動(dòng)力電池的耐低溫問題。目前，桑頓新能源研發(fā)的三元鋰電池，其耐低溫性能有了較大提高，電芯可在零下20℃環(huán)境下放電，能夠滿足電動(dòng)汽車在寒冷環(huán)境下的運(yùn)行需求。
此外，鵬輝能源的動(dòng)力電池可以在-20~60℃的環(huán)境中使用，且不需要加熱和冷卻系統(tǒng)。山東威能是一家專業(yè)從事軍用低溫磷酸鐵鋰電池的研發(fā)、生產(chǎn)的高新技術(shù)企業(yè)，與中科院化學(xué)所合作研發(fā)、生產(chǎn)的磷酸鐵鋰電池低溫性能實(shí)現(xiàn)重大突破，在低溫-40℃能夠放出額定容量的90%以上。
推廣新能源汽車 低溫是挑戰(zhàn)更是機(jī)會(huì)
作為鋰電池之一種，鈦酸鋰電池的耐低溫性能則比較優(yōu)異。尖晶石結(jié)構(gòu)的鈦酸鋰負(fù)極材料嵌鋰電位約1.5V，不會(huì)形成鋰枝晶，在充放電過程中體積應(yīng)變小于1%。納米化的鈦酸鋰電池可大電流充放電，實(shí)現(xiàn)了低溫快充的同時(shí)又保障了電池的耐久性和安全性。
電池中國(guó)網(wǎng)最新消息，2017年11月28日，在這個(gè)天寒地凍季節(jié)，銀隆新能源生產(chǎn)的純電動(dòng)公交車在北方城市天津正式投入運(yùn)營(yíng)，這再次彰顯了銀隆新能源鈦酸鋰電池優(yōu)異的耐低溫性能。主打鈦酸鋰電池的銀隆新能源，其產(chǎn)品具備在-50~60℃溫度范圍的正常充放電能力，公司生產(chǎn)的公交車已在哈爾濱、天津、石家莊、銀川、保定、邯鄲等全國(guó)40多個(gè)城市實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，耐低溫效果良好。鈦酸鋰電池憑借其優(yōu)異的耐低溫性能，成為我國(guó)在寒冷地區(qū)推廣新能源汽車的先鋒，銀隆新能源是鈦酸鋰電池走向更廣市場(chǎng)的星星之火。
2017年7月31日，在北京市延慶區(qū)電動(dòng)公交車運(yùn)營(yíng)啟動(dòng)儀式上，50輛搭載微宏動(dòng)力快充電池系統(tǒng)的純電動(dòng)公交車交付北京公交集團(tuán)并投入運(yùn)營(yíng)。此次交付的50輛純電動(dòng)公交車搭載微宏動(dòng)力生產(chǎn)的快充電池，能量密度高，續(xù)航里程更長(zhǎng)。至此，微宏動(dòng)力已在北京市場(chǎng)配套超過千輛各類公交車型。2017年9月19日，70輛搭載微宏MpCO鋰電池的12米氣電混合動(dòng)力公交車正式在內(nèi)蒙古包頭上線。該地區(qū)最低氣溫在-30℃以下，最高氣溫可達(dá)39℃，包頭選用微宏快充電池系統(tǒng)，正是考慮到微宏快充電池優(yōu)異的環(huán)境適應(yīng)性。微宏動(dòng)力對(duì)寒冷地區(qū)公交市場(chǎng)的開拓如火如荼，它也是業(yè)內(nèi)探索動(dòng)力電池耐低溫技術(shù)的一個(gè)典型代表。
解決耐低溫問題 仍需技術(shù)驅(qū)動(dòng)
動(dòng)力電池的低溫問題，還有很多解決方案，比如，所謂的“全氣候電池”，在正負(fù)極片之間加入加熱片，通過開關(guān)進(jìn)行電路控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的加熱。這種內(nèi)加熱的效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于外部加熱，并且能耗更低。全氣候電池在續(xù)航能力、充電時(shí)間以及使用壽命方面有了大幅改善。
從微觀層面解決動(dòng)力電池的耐低溫問題，比如從電池材料上攻克耐低溫難題，仍需依靠技術(shù)驅(qū)動(dòng)，抓住電池“怕”低溫的病根，對(duì)癥下藥，這樣解決也更為徹底。
目前，很多三元鋰電池也具備了耐低溫的特性，鈦酸鋰電池更是耐低溫性能中的佼佼者，電動(dòng)汽車推廣存在的低溫瓶頸也將逐步得到解決。
