介绍
LiFePO4电池也称为磷酸铁锂电池，是一种以LiFePO4为正极、石墨碳电极为负极的可充电电池。 LiFePO4电池适用于多种领域，包括电动汽车、可再生能源存储系统、应急电源和便携式电子产品。它们承受恶劣环境的能力、安全特性、高能量密度和长使用寿命使它们成为以可靠性和性能为首要考虑因素的应用的完美选择。
尽管如此，工作温度范围对LiFePO4电池的性能和寿命影响很大。本文将探讨 LiFePO4 电池最佳工作的温度范围，以及该范围如何有助于其高效运行和更长的使用寿命。
LiFePO4电池的最佳温度范围是多少？
建议 LiFePO4 电池在特定温度范围内运行，以最大限度地提高性能和使用寿命。 LiFePO4 电池通常设计为在以下温度范围内工作 -20°C至60℃， （-4°F 至 140°F）。在此范围内，电池将能够提供其额定容量，保持恒定电压，并且随着时间的推移，性能下降可以忽略不计。
值得一提的是，对于不同的制造商和电池设计，LiFePO4电池理想工作的温度范围可能略有不同。科恒低温磷酸铁锂电池可在较宽的温度范围内工作 -30°C至60℃， （-22°F 至 140°F），而其他产品只能在较窄的温度范围内工作。为了获得特定 LiFePO4 电池的精确温度范围，有必要参考制造商的规格和指南。
你可能喜欢： 发现最适合寒冷天气的电池：深入分析
低温对磷酸铁锂电池的影响
容量减少
在低温下，LiFePO4电池运行时的可用容量会减少。当温度低于最佳范围时，电池内的电化学反应速率会减慢，进而导致可存储和随后释放的能量减少。例如，与室温下的额定容量相比，LiFePO4 电池的容量在 -20 °C (-20°F) 下可能会减少多达 4%。
内阻增加
低温还会导致LiFePO4电池的内阻增加。较高的内阻会阻碍电池内电子和离子的流动，导致性能和效率降低。在极低温度下，例如 -30°C (-22°F)，LiFePO4 电池的内阻会比室温值增加 2 至 3 倍。这种增加的电阻会导致充电和放电速率变慢，以及负载下潜在的电压下降。
镀锂的潜力
将 LiFePO4 电池暴露在低温下，尤其是在充电过程中，也会增加镀锂的风险。当锂离子积聚在阳极表面而不是嵌入石墨结构中时，就会发生锂镀层。由于锂离子迁移率降低，这种现象在低温下更容易发生。
镀锂是一个可能导致枝晶生长的问题，枝晶是薄的针状结构，可以穿透隔膜，导致短路并最终导致热失控。此外，镀锂可能会对电池容量造成长期损害，因为它会消耗本应可用于充电和放电循环的活性锂。
充电效率降低
低温下内阻增加和锂离子扩散减慢也会导致充电效率下降。在寒冷环境下对磷酸铁锂电池充电时，由于内阻较高，大部分输入能量会以热量的形式耗散。这会导致充电时间更长并降低整体能源效率。例如，LiFePO4 电池通常在 4°C (100°F) 下 2 小时内充电至 25% 容量，当温度降至 77°C (3°F) 时，可能需要 4-0 小时才能达到相同的充电状态。 ）。
较低的放电平台电压
低温也会影响 LiFePO4 电池的放电性能。电池放电的平台电压随着温度的降低而降低。放电平台电压是放电期间电池电压曲线相对平坦的部分，当电池耗尽时电压几乎保持恒定。在较低温度下，由于内阻增加和电化学反应动力学减慢，温度每下降一度，放电平台电压可能会降低 10-20 mV。对于由 LiFePO4 电池供电的设备，尤其是那些具有严格电压要求的设备来说，这种电压降可能会成为一个问题。
降低速率能力
LiFePO4 电池的倍率能力（这意味着它们提供高电流的能力）在低温下也会受到影响。增加的内阻和降低的离子电导率阻碍了电池维持高放电倍率的能力。例如，在室温下可提供 4C（额定容量的 1 倍）最大连续放电电流的 LiFePO1 电池在低于 0.5°C (0°F) 的温度下可能只能提供 32C 或更低的电流。这种低速率能力会限制在寒冷条件下需要高功率输出的应用的性能。
高温对磷酸铁锂电池的影响
加速老化
将 LiFePO4 电池暴露在高温下会显着加速其老化过程。温度升高会促进电池内的各种退化机制，导致性能和容量随着时间的推移更快下降。研究表明，温度每高于最佳范围 10°C (18°F)，LiFePO4 电池的使用寿命就会缩短 30-50%。这意味着在 4°C (60°F) 下运行 LiFePO140 电池的使用寿命仅为 50°C (70°F) 下预期寿命的 25-77%。
自放电增加
高温还会导致 LiFePO4 电池的自放电率增加。自放电是指即使电池不使用时也会逐渐失去电量。温度升高时，自放电速度加快，导致电池存储的能量更快耗尽。例如，在 4°C (40°F) 下存储的 LiFePO104 电池的自放电率可能比在 2°C (3°F) 下存储时高 25-77 倍。自放电的增加会导致电池容量减少和保质期缩短。
热失控风险
尽管 LiFePO4 电池本质上比其他锂离子化学电池更安全，但暴露在极高的温度下仍然可能会带来热失控的风险。热失控是一种灾难性事件，电池会产生不受控制的热量，导致温度迅速升高，并可能导致火灾、爆炸或释放有毒气体。虽然与其他锂离子电池相比，LiFePO4 电池的热失控起始温度较高，通常约为 270°C (518°F)，但避免电池过热以防止此类危险仍然至关重要。
增强电解质分解
高温会加速 LiFePO4 电池中电解质的分解。电解质是促进锂离子在电极之间传输的关键成分。在高温下，电解质可能会发生不可逆的化学反应，导致形成不需要的副产物并降低离子电导率。电解质的降解会导致电池性能下降、容量衰减以及内部短路风险增加。
电极材料结构的变化
LiFePO4 正极材料也会受到高温暴露的影响，这可能导致晶体结构的变化。当温度高于 4°C (60°F) 时，LiFePO140 的橄榄石结构将首先开始转变为无序或无定形状态。正极的结构变化可能会导致正极电化学性能的不稳定和恶化，从而导致电池性能的下降。此外，高温会导致阳极侧 SEI 层（固体电解质中间相）的分解，从而使石墨遭受额外的副反应和分解。
分离器机械强度降低
隔膜在LiFePO4电池中起着安全装置的作用，它阻止正极和负极的物理接触，同时让锂离子流过。极端温度也会对隔膜的机械强度和结构性能产生同样的影响。当温度升高时，隔膜可能更容易软化、收缩，甚至熔化，从而增加内部短路的机会。
LiFePO4 电池存储温度注意事项
适当的储存温度对于保持 LiFePO4 电池在不使用时的健康和性能至关重要。在存储过程中将电池暴露在极端温度下可能会导致不可逆的容量损失、寿命缩短和潜在的安全隐患。
短期储存温度范围
针对 临时存储，一般不超过三个月，LiFePO4电池应在以下范围内 -20°C至45℃， （-4°F 至 113°F）。此温度范围消除了性能下降的风险，并确保电池处于稳定状态，可在需要时使用。
请务必记住，在此温度范围的下限（尤其是低于 4°C (0°F)）下存储 LiFePO32 电池可能会导致容量暂时下降和内阻增加。然而，这些影响大多是暂时的，一旦电池恢复到室温并通过几次充放电循环进行调节，性能就会恢复正常。
长期储存温度范围
针对 长期储存，超过 3 个月，建议使用较窄的温度范围，以最大限度地减少自放电的影响并最大限度地提高电池的容量。 LiFePO4 电池理想的长期存储温度范围为 5°C和25°C （41°F 至 77°F），最佳选择为 15°C (59°F) 左右。
在 4°C 至 0°C 的温度范围内储存 LiFePO40 电池也可能有助于降低自放电率并延长储存寿命。不过，在使用前必须让电池逐渐升温至室温，因为对冷电池进行充电或放电会导致性能下降，还可能引起安全问题。
将 LiFePO4 电池长期保持在 50% 至 70% 的 SOC 范围内也很重要。此 SOC 范围将有助于减轻电池组件的压力，并防止存储期间过度放电或过度充电。
温度相关问题的早期预警信号
- 快速升温：电池在充电或放电过程中过热，这是内部短路、过载或其他故障的征兆，应尽快解决。
- 温度梯度：电池组不同部分之间的较大温度波动表明电流分布不均匀、局部加热或冷却系统故障，并可能导致电池组快速退化和性能下降。
- 持续高温：如果电池温度或多或少高于建议的工作范围，即使没有电源负载，也可能表明热管理系统存在问题，例如冷却风扇损坏或通风通道堵塞。
- 极端温度下性能下降：与温度相关的压力最明显的症状是当温度很低或很高时，电池容量、功率输出或充电速度显着降低。如果不及时解决，这最终可能会导致永久性损坏。
通过传感器和BMS对LiFePO4电池温度进行仔细监测，并警惕早期预警信号，用户可以提前采取有效措施处理与温度相关的问题，从而确保电池在整个生命周期中安全且最佳的性能。
LiFePO4 电池与温度相关的安全措施
尽管 LiFePO4 电池因其优于其他锂离子化学物质的固有安全优势而闻名，但仍需要采取与温度相关的安全预防措施来消除潜在危险。以下是一些需要记住的关键事项：
- 确保电池在规定的温度范围内工作，并且不要让它靠近非常热的来源。
- 建立一个 BMS 系统，能够持续检查电池温度，并在温度超出安全限值时采取纠正措施，例如停止充电或放电电流。
- 在电池组内部引入温度传感器，使BMS能够实时收集准确的温度数据。
- 实施正确的热管理工具，如散热器、冷却系统、相变材料，以控制电池温度并避免任何热量积聚。
- 创建电池组时，电池之间要有足够的距离，并插入防火材料，以限制热失控的蔓延（如果发生）。
- 请勿让电池受到阳光直射或任何其他可能导致温度超过建议限值的热源。
- 适当的绝缘可以减少从电池到环境的热传递，从而消除外部温度变化对电池性能的影响。
温度范围比较：LiFePO4 与其他化学电池
LiFePO4 电池具有与其他常见化学电池不同的特定热特性。它们在低温和高温下具有更宽的工作温度范围和更好的性能。这就是为什么 LiFePO4 电池对于需要在宽温度范围内完美工作的应用而言是高度首选的原因。下表供您了解磷酸铁锂和其他电池之间的温度范围差异，以便您可以根据其具体应用和操作环境选择最合适的电池技术。
| 电池化学 | 最佳工作温度范围 | 低温性能 | 高温性能 |
| LiFePO4 | -20°C至60°C（-4°F至140°F） | 好 | 业内优秀的 |
| 铅酸 | 20°C至30°C（68°F至86°F） | 不好 | 展会 |
| 镍镉 | -20°C至45°C（-4°F至113°F） | 展会 | 好 |
| 镍金属氢化物 | 10°C至30°C（50°F至86°F） | 展会 | 不好 |
| 氧化钴锂 | 10°C至40°C（50°F至104°F） | 不好 | 展会 |
| 锂镍锰钴氧化物 | 15°C至35°C（59°F至95°F） | 不好 | 展会 |
另请参阅： 凝胶电池与锂电池对决：谁更胜一筹？
结论
了解和管理 LiFePO4 电池的温度范围是实现最佳性能、安全性和使用寿命的关键。将电池保持在建议的温度范围内并实施高效的热管理技术将有助于用户实现可靠的运行并延长 LiFePO4 电池的使用寿命。
向科恒获取免费报价
科恒致力于提供高性能、安全、可靠的磷酸铁锂电池系统。如果您有兴趣购买磷酸铁锂电池或需要更多有关科恒磷酸铁锂电池解决方案如何满足您的特定需求的信息，请随时联系我们获取免费报价。我们的专家团队可以帮助您选择最适合您的应用的 LiFePO4 电池产品，并提供温度管理策略方面的指导。我们期待与您合作，为您的储能目的提供最佳的磷酸铁锂电池解决方案。
