
近期,气温骤降,我们不仅要添衣保暖,还要面对电池的续航问题。无论是智能手机还是电动汽车,在寒冷的季节里,电量总是以惊人的速度下降,那么,电池为何会如此“怕冷”呢?
电池,这个在我们生活中无处不在的小东西,却扮演着举足轻重的角色。从手机、笔记本电脑到电动汽车,电池都是它们能够正常运转的关键。而在众多电池中,锂离子电池以其高能量密度、长循环寿命和环保等优点,成为了现代电子设备和电动汽车的首选。
然而,即便是如此优秀的锂离子电池,在寒冷的冬天也会遇到续航困境。北方冬天的电动汽车续航里程,可能只有夏天的七成不到,而手机更是常常出现电量骤降的情况。这背后,其实是低温对电池材料和运作过程的影响。
锂离子电池的工作原理并不复杂。它主要由负极(如石墨)、正极(如磷酸铁锂)、隔膜和电池外壳等部分组成。在充电时,锂离子会从正极脱出,经过电解质溶液迁移到负极,并嵌入石墨中;放电时,这些锂离子又会从负极脱出,回到正极,同时释放出电子,形成电流。
但低温环境却会打破这一平衡。在低温下,电池中的材料会变得僵硬,离子的脱出和嵌入变得困难,穿过隔膜也更为不易。同时,离子的运动速度也会降低,导致电池内阻增大,电池开始“内耗”,向外输出的电量自然就减少了。
此外,低温充电时还会出现锂枝晶的问题。锂枝晶是金属锂在负极表面形成的针状结构,一旦它长大并刺破隔膜,就会造成电池短路,引发故障。这也是为什么在低温下充电时,电池容易出现故障的原因之一。
面对这一困境,科研人员通过不断研究和实践,找到了几种克服低温性能短板的方法。
第一种方法是换材料。通过更换新的电解质材料和电极材料,可以降低低温情况下的电池内部阻抗,从而提升电池的低温性能。这种方法虽然有效,但需要投入大量的研发成本和时间。
第二种方法是内预热。在电池结构中加上一片薄镍箔和电绝缘聚合物,一旦电池温度过低,控制器会强制电流通过镍箔,产生大量的热能来迅速加热电池材料。这种方法可以让电池在低温下也能保持较好的工作状态。
第三种方法是外加热。给电池加装预热设备,通过小功率供电使预热器件发热,从而提高电池温度。这种方法在电动汽车中较为常见,可以在使用前对电池进行预热,确保汽车能够正常启动和运行。
随着科技的不断进步和创新,未来,电池将会变得更加耐寒、耐用,为我们的生活带来更多便利。
(姚旺)