动力电池在冬天的耐低温探索

　　导读：低温是电动汽车在我国大北方、高寒地区等地推广的一个障碍，更是动力电池企业的一块心病，攻克动力电池的耐低温问题，一直是业内重点努力的方向之一。

　　在冬季，自嘲“冻死狗”的人们裹紧了大衣，想尽力留住被风撩拨的一丝温度。而最尴尬的事情莫过于，当你想驾爱车似古人御风而行的时候，电动汽车“罢工”了！在冬季，动力电池对温暖的渴望，不亚于人们在冰天雪地里围炉取暖的念想。

　　低温是电动汽车在我国大北方、高寒地区等地推广的一个障碍，更是动力电池企业的一块心病，攻克动力电池的耐低温问题，一直是业内重点努力的方向之一。

　　微观看低温对动力电池的影响

　　许多动力电池为什么一到冬季就不行了？在低温环境里，它的内部究竟发生了什么？

　　以电动客车上使用最多的磷酸铁锂电池为例，这种电池安全性高，单体寿命较长，但低温性能比其他技术体系的电池略差。低温对磷酸铁锂的正负极、电解液和粘接剂等都存在影响。比如，磷酸铁锂正极本身电子导电性比较差，低温环境下容易产生极化，从而降低电池容量；受低温影响，石墨嵌锂速度降低，容易在负极表面析出金属锂，如果充电后搁置时间不足而投入使用，金属锂无法全部再次嵌入石墨内部，部分金属锂持续存在负极的表面，极有可能形成锂枝晶，影响电池安全；低温环境下，电解液黏度会增加，锂离子迁移阻抗也会随之增大；此外，在磷酸铁锂的生产工艺中，粘接剂也是一个非常关键的因素，低温对粘接剂的性能也会产生较大影响。

　　低温带来的另外一个问题，反映到用户端就是充电时间延长。在低温下充电，电池容易析锂，所以充电之前，一般要对电池进行缓慢加热，等电池温度升高至正常温度后再进行充电。

　　多维度攻克耐低温难题

　　解决电池的耐低温问题，通常从电池材料、电芯设计及PACK制造三方面着手，提高锂离子电池的低温充放电性能和循环寿命。桑顿新能源研发部总经理苗力孝向电池中国网介绍了动力电池的耐低温解决方案。

　　目前，汽车动力电池常见的正极材料以三元和磷酸铁锂为主，可通过减小粒径，采用纳米技术使得材料的一次颗粒纳米化，从而缩短锂离子的迁移路径；磷酸铁锂可以通过掺杂La（La是镧的元素符号）、Mg，增大C轴，改变层间距，增大锂离子传输通道；在三元NCM表面包覆LBO-S快离子导体（也称超离子导体，有时又称固体电解质，它区别于一般离子导体的最基本特征，即在一定的温度范围内具有能与液体电解质相比拟的离子电导率），以减少SEI的形成，使锂离子的传输直接可以通过快离子导体进出材料本体。

　　对于负极材料，现有石墨负极材料可通过包覆、表面氧化、掺杂或包覆其它元素，来增加石墨层间距，加快锂离子在负极表面的去溶剂化速度，从而改善锂离子嵌入石墨负极的速度。苗力孝表示，开发锂合金、锡基负极等新型负极材料，可大大改善锂离子电池的低温性能。

　　电解液主要分为锂盐、溶剂和添加剂三部分。苗力孝介绍，关于锂盐，可添加硼酸盐，有助于在材料表面形成稳定的SEI膜，并有利于锂离子的扩散；关于溶剂，可通过配置一个合理的比例，改善电解液溶剂的低温性能；关于添加剂，通过添加不同的添加剂，对电池的低温性能也有不同的改善作用。据了解，桑顿新能源有专门的团队，专注于电解液配方研发，以解决动力电池的耐低温问题。目前，桑顿新能源研发的三元锂电池，其耐低温性能有了较大提高，电芯可在零下20℃环境下放电，能够满足电动汽车在寒冷环境下的运行需求。

　　此外，鹏辉能源的动力电池可以在-20~60℃的环境中使用，且不需要加热和冷却系统。山东威能是一家专业从事特种低温磷酸铁锂电池的研发、生产的高新技术企业，与中科院化学所合作研发、生产的磷酸铁锂电池低温性能实现重大突破，在低温-40℃能够放出额定容量的90%以上。

　　推广新能源汽车低温是挑战更是机会

　　作为锂电池之一种，钛酸锂电池的耐低温性能则比较优异。尖晶石结构的钛酸锂负极材料嵌锂电位约1.5V，不会形成锂枝晶，在充放电过程中体积应变小于1%。纳米化的钛酸锂电池可大电流充放电，实现了低温快充的同时又保障了电池的耐久性和安全性。

　　电池中国网最新消息，2017年11月28日，在这个天寒地冻季节，银隆新能源生产的纯电动公交车在北方城市天津正式投入运营，这再次彰显了银隆新能源钛酸锂电池优异的耐低温性能。主打钛酸锂电池的银隆新能源，其产品具备在-50~60℃温度范围的正常充放电能力，公司生产的公交车已在哈尔滨、天津、石家庄、银川、保定、邯郸等全国40多个城市实现了商业化运营，耐低温效果良好。钛酸锂电池凭借其优异的耐低温性能，成为我国在寒冷地区推广新能源汽车的先锋，银隆新能源是钛酸锂电池走向更广市场的星星之火。

　　2017年7月31日，在北京市延庆区电动公交车运营启动仪式上，50辆搭载微宏动力快充电池系统的纯电动公交车交付北京公交集团并投入运营。此次交付的50辆纯电动公交车搭载微宏动力生产的快充电池，能量密度高，续航里程更长。至此，微宏动力已在北京市场配套超过千辆各类公交车型。2017年9月19日，70辆搭载微宏MpCO锂电池的12米气电混合动力公交车正式在内蒙古包头上线。该地区最低气温在-30℃以下，最高气温可达39℃，包头选用微宏快充电池系统，正是考虑到微宏快充电池优异的环境适应性。微宏动力对寒冷地区公交市场的开拓如火如荼，它也是业内探索动力电池耐低温技术的一个典型代表。

　　解决耐低温问题仍需技术驱动

　　动力电池的低温问题，还有很多解决方案，比如，所谓的“全气候电池”，在正负极片之间加入加热片，通过开关进行电路控制，实现对电池的加热。这种内加热的效率要远远高于外部加热，并且能耗更低。全气候电池在续航能力、充电时间以及使用寿命方面有了大幅改善。

　　从微观层面解决动力电池的耐低温问题，比如从电池材料上攻克耐低温难题，仍需依靠技术驱动，抓住电池“怕”低温的病根，对症下药，这样解决也更为彻底。

　　目前，很多三元锂电池也具备了耐低温的特性，钛酸锂电池更是耐低温性能中的佼佼者，电动汽车推广存在的低温瓶颈也将逐步得到解决。