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溫度會(huì)影響鋰離子電池的功率性能，過(guò)高的溫度會(huì)加劇副反應(yīng)的發(fā)生，而過(guò)低的溫度又會(huì)導(dǎo)致負(fù)極析鋰，影響電池安全性能。隨著鋰離子電池在全球各行各業(yè)的普及，對(duì)鋰離子電池的可耐溫度范圍也提出了較高的要求，需要其可適應(yīng)不同地域的環(huán)境溫度。本文采用原位膨脹分析儀（SWE），對(duì)NCM523/石墨電芯（3446106，理論容量2400mAh）進(jìn)行不同溫度條件下（0℃，25℃，45℃，60℃）充放電過(guò)程的厚度變化測(cè)試，對(duì)比分析電芯膨脹行為。

1測(cè)試信息

1.測(cè)試設(shè)備：原位膨脹分析儀，型號(hào)SWE2100（IEST元能科技），可施加壓力范圍50~10000N，可調(diào)控溫度-20℃~80℃。

2.測(cè)試參數(shù)：

2.1 充放電流程：rest 5min; 0.3CCC to 4.35V, CV to 0.025C; rest 5min; 0.3C DC to 2.8V。

2.2 電芯厚度膨脹測(cè)試：將待測(cè)電芯放入設(shè)備對(duì)應(yīng)通道，開啟MISS軟件，設(shè)置各通道對(duì)應(yīng)電芯編號(hào)，采樣頻率1s，測(cè)試施加壓力100N等參數(shù)，軟件自動(dòng)讀取電芯厚度、厚度變化量、測(cè)試溫度、電流、電壓、容量等數(shù)據(jù)。

2結(jié)果分析

1.充放電過(guò)程電芯膨脹曲線

電芯在4種溫度條件下進(jìn)行0.3C充放電測(cè)試，膨脹曲線如圖1所示。從室溫25℃升高至45℃和60℃時(shí)，滿充對(duì)應(yīng)的電芯膨脹厚度稍微增加，這可能是由于熱效應(yīng)或溫度的升高增加了副反應(yīng)的量而導(dǎo)致的厚度膨脹。從室溫降至0℃時(shí)，滿充對(duì)應(yīng)的電芯厚度有較大的增加，這很可能是由于低溫條件導(dǎo)致充電過(guò)程嚴(yán)重析鋰，從而引起厚度增加且放電容量偏低。

圖1.電芯在4種溫度條件下充放電曲線和膨脹曲線

2. 微分容量曲線分析

對(duì)比電芯在4種溫度條件下的微分容量曲線，如圖2。隨著溫度從室溫25℃升高至45℃和60℃時(shí)，電芯充電過(guò)程的主要脫鋰峰位向高電壓稍微偏移，說(shuō)明溫度的升高會(huì)使電池極化增大，從而增大鋰離子從三元材料結(jié)構(gòu)中脫出的阻力。而溫度降低至0℃時(shí)，充放電的脫嵌鋰峰位已嚴(yán)重偏離室溫時(shí)的電位，說(shuō)明低溫同樣也增加了電池的極化，影響電池的功率性能。

圖2.電芯在4種溫度條件下的微分容量曲線

3. 充放電過(guò)程不可逆膨脹分析

       電芯在4種溫度條件下的膨脹與SOC曲線，如圖3。充電和放電對(duì)應(yīng)的膨脹曲線的間距代表了不可逆膨脹，4種溫度條件下（0℃，25℃，45℃，60℃）電芯在滿放時(shí)的不可逆膨脹分別為0.97%、0.01%、0.03%、0.24%。隨著溫度從室溫25℃升高至45℃和60℃，不可逆膨脹逐漸增加，而溫度從室溫降低至0℃時(shí)，電芯的不可逆膨脹也增加，但在高溫和低溫兩種條件下導(dǎo)致不可逆膨脹的原因可能不同，后續(xù)會(huì)進(jìn)一步研究。

圖3. 4種恒定壓力下不同SOC的膨脹曲線

3總結(jié)

本文采用原位膨脹分析儀（SWE）對(duì)NCM523電芯在不同溫度條件下充放電過(guò)程中的厚度膨脹進(jìn)行分析。溫度從室溫25℃升高至45℃和60℃，以及從室溫25℃降至0℃時(shí)，電芯的不可逆膨脹均增加，但在高溫和低溫兩種條件下導(dǎo)致不可逆膨脹的原因可能不同，后續(xù)會(huì)進(jìn)一步研究溫度的影響。

參考資料

1.XiaoDu, Qi Wu, Ya-Na Wang, Tai-Song Pan, Yi-Min Wei, Hao-Sen Chen, Wei-Li Song,Dai-Ning Fang. Visualizing two-dimensional internal temperature distribution incylindrical Li-ion cells. Journal ofPower Sources, 446 (2020) 227343.

2.Sun Ho Park, Joonam Park, Myung-Hyun Ryou,Yong Min Lee. Sensitivity of power of lithium-ion batteries to temperature: Acase study using cylindrical- and pouch-type cells. Journal of Power Sources, 465 (2020) 228238.