高温および低温でのリチウムイオン電池の性能

4省が発行する「自動車用電池産業発展のための行動計画」には、リチウムイオン電池の使用環境の温度目標も含まれています。「。そして...そして...使用環境は- 30°Cから55 ° C。そして...そして... "。パワーセルの温度要件をここで提案します。バッテリーは-30°Cの低温と55°Cの高温で使用できますが、バッテリーのモノマー、モジュール、またはバッテリーであるとは明示されていませんパック/システム。また、この温度範囲でのバッテリーの使用方法（またはこの温度範囲での性能要件は記載されていません）、特に低温-30°Cの要件（この温度での放電容量要件、電力要件など）についての説明もありません。など）。

高温または低温でのパワーセルの要件について、まず、関連する規制基準がどのように規定されているかを見てみましょう。

1. QC / T743-2006電気自動車用リチウムイオン電池。これは、以前に実装された古いバッテリー規格です。高温および低温に関連する要件は、主にモノマー電池用です。

・定格の70％以上の20±2°CC / 3放電容量

・55±2°CC / 3放電容量定格の95％以上

・55±2°C100％SOCストレージ充電保持率が定格80％以上の7日後、容量回復が90％以上

2. GB / T31486-2015電気蓄電池の電気性能要件および電気自動車のテスト要件。これは、モノマー電池およびモジュールの最新の国家標準要件です。高温および低温でのバッテリモジュールの性能要件は次のとおりです。

-20±2°Cで1Cの放電容量が初期容量の70％以上

55±2°Cで1Cの放電容量が初期容量の90％以上

55±2°Cで100％SOCを7日間保管した後、電荷保持率は初期容量の85％以上であり、容量回復は初期容量の90％以上である必要があります。

3. GB / T31467.1 / 2 -2015電気自動車用リチウムイオンアクティブバッテリーおよびシステムパート1/2：高出力/高エネルギーアプリケーションのテスト手順。標準シリーズはバッテリーパック/システムの要件であり、特定の要件ではなく、テスト方法のみを提供します。高温および低温に関連する要件は次のとおりです。

::容量およびエネルギーテストの最高温度と最低温度（これは1Cの連続放電です）：40°Cおよび-20°C

::電力および内部抵抗テストの最高温度と最低温度（短時間の大電流放電）：40°Cおよび-20°C

::最高温度40°Cでの容量損失テストは付属していません

::最高温度45°Cでの保管における容量の損失をテストします

・高温および低温始動電力テスト、最高温度、最低温度：40°Cおよび-20°C

::エネルギー効率テスト、最高温度、最低温度：40°Cおよび-20°C

最大値と最小値をとると、現在の規格の温度要件は次のとおりであることがわかります。

バッテリーのモノマーとモジュール：-20〜55°C

バッテリーパック/バッテリーシステム：-20〜45°C

自動車用パワーバッテリー産業の発展を促進するための行動計画の目的を比較すると、次のことがわかります。

1.バッテリーモノマー/モジュール

高温目標は、現在のモノマー/モジュールの高温と一致しています

::低温目標は現在の基準より10°C低く、-30°Cに達します

2.バッテリーパック/システム

高温目標は、現在のバッテリーパック/システム温度よりも10°C高く、55°Cに達します

::低温目標は現在の基準より10°C低く、-30°Cに達します

室温の20°Cと比較すると、-20°Cでの容量の減衰はすでに比較的明白です。 -30°Cでは容量損失が大きくなり、-40°Cでは容量が半分未満になります。

温度が低いほど、バッテリー電解液の導電率は低くなります。導電率が低下すると、バッテリーの内部反応の抵抗が増加するため（この抵抗は電気化学のインピーダンスで表されます）、活性イオンを伝導する溶液の能力が低下し、放電容量が減少します。容量の減少。さらに、バッテリー内部のさまざまな部品（正、負、電解液）のインピーダンスを測定することにより、バッテリーのインピーダンスに対する各部品の影響を確認できます。温度が約-10°C未満の場合、正極と負極（図ではグラファイト）の界面インピーダンスは急速に増加し、電解質のインピーダンスは約-20°C後に急速に上昇します。これらのインピーダンスの統合された結果は、バッテリーとして表されます。インピーダンスは<-10°C付近で急速に上昇します。

フランスの有名な電池会社であるSaftは、2Ah円筒形電池（正極性NCM、PVdFバインダー、負極性炭素、CMC / SBRバインダー）を使用して、高温が電池性能に及ぼす影響を調査し、2つの電池を異なる温度で比較しました。状況：

・B2バッテリー-最初に60°Cで2回サイクルし、次に85°Cでサイクルします

・B3バッテリー-最初に60°Cで2回サイクルし、次に120°Cでサイクルします

B2バッテリーが85°Cで26回循環した後、容量損失は約7.5％であり、バッテリーインピーダンスは100％増加します。 B3バッテリーを120°Cで25回リサイクルした後、容量損失は約22％になり、バッテリーインピーダンスは最大1115％増加します。

120°Cの高温でのバッテリーの正極の交換。 120°Cでは、一部の正極性バインダーPVdFがPart1領域から正極表面に移動し、Part1領域のバインダー含有量が減少し、活物質NMC材料がバインダーの不足により電気化学反応を引き起こしました。 。減少する能力。 Pat2領域では、この部分が正極の本体です。バインダーの含有量は正常で、高温による影響はほとんどなく、活物質は正常に反応します。

負極の初期状態である負極への高温の影響、85°Cでのサイクル後、共通の固体電解質相が負極表面に現れます（図6B負極表面は新しく生成された材料で覆われています、表面形態と初期形態をもたらします。異なる、いくつかの小さな球状物質。SEI：固体電子インターフェース）。 120°Cで温度が上昇すると、より多くのSEI（図6C、より多くの粒子で覆われた負の表面）が生成され、より多くの活性リチウムイオンが消費され、容量が減少します。

一般に、バッテリーの高温と低温に影響を与える要因は、電解質の導電率、界面インピーダンス、およびSEI膜のように要約できます。これらの要因が組み合わさって、バッテリーのパフォーマンスに影響を与えます。一般に、電池の各構成要素の導電率または導電率を増加させ（より導電性の活物質の選択、電解質組成の最適化、負のSEI膜組成の改善、正の表面物質の溶解の抑制などを含む）、したがって全体的なバッテリーインピーダンス、それは高温と低温の性能を改善するのに役立ちます。リチウムイオン電池の温度への適応性は人体と同じです。温度が高すぎたり低すぎたりしても、その最大の機能は得られません。適切な材料を選択し、構造設計を最適化し、使用に適した条件をカスタマイズすることで、その性能を十分に発揮させることができます。

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