鋰電池是集裝箱儲能系統(tǒng)的核心部件，溫度對鋰電池的影響主要體現(xiàn)在容量、使用壽命、熱穩(wěn)定性等方面。 

溫度對鋰電池容量和壽命的影響

鋰電池容量和使用壽命，會隨著溫度變化產(chǎn)生較大改變，最主要的原因就是溫度會導致電池內(nèi)的電阻、電壓改變。在高溫環(huán)境下，正極中的金屬離子會發(fā)生溶解進入電解液，并穿過隔膜在負極沉積，導致負極內(nèi)阻增加，此外，高溫環(huán)境也會導致活性材料以及有效鋰離子的流失。而在低溫環(huán)境下，由于電解質(zhì)的傳輸性能會顯著降低，因此鋰電池的容量也會顯著降低。例如，磷酸鐵鋰電池的容量在 0 攝氏度以下的保持率為 60-70%，而在-20 攝氏度的環(huán)境下，保持率則降低到 20-40%。 

溫度對鋰電池熱穩(wěn)定性的影響

溫度對鋰電池穩(wěn)定性的影響，主要體現(xiàn)在高溫導致內(nèi)部材料發(fā)生分解反應。持續(xù)高溫環(huán)境下，鋰電池內(nèi)部的 SEI 膜（固體電解質(zhì)界面莫）會首先分解，隨后，負極材料與電解液發(fā)生反應，隔膜熔融，最后正極材料和電解液發(fā)生分解。其中 SEI 膜的分解溫度區(qū)間一般在 80-120 攝氏度。電池的這些變化會導致鋰離子通道發(fā)生閉塞，正負極直接接觸，從而導致短路，放出大量熱。此外，由于材料分解過程中還會產(chǎn)生大量氣體和熱量，導致電池內(nèi)部壓力迅速增加，發(fā)生鼓包、破裂、泄壓閥破裂、鋁箔熔化等現(xiàn)象。而當熱失控現(xiàn)象一旦發(fā)生，電池內(nèi)部溫差可達 520 攝氏度，對安全性是極大的挑戰(zhàn)。此外，在長期極端低溫環(huán)境下，電池負極會析出鋰，形成鋰枝晶，鋰枝晶較多時會刺穿 SEI 膜，也會導致電池無法工作。 

電池模組的溫度均一性要求

電池模組溫度不均勻性會導致整個電池產(chǎn)生木桶短板效應。電池在實際使用過程中，由于復合的變化會導致電流波動起伏，進而引起電池組生熱不均勻。在電池組往復多次使用后，組內(nèi)各單體的老化程度不同，易產(chǎn)生過充和過放的現(xiàn)象，導致電池性能下降，因此，電池組在工作時的性能是由最差的單體電池所決定。而要保證組內(nèi)各單體的均一性，提高電池組的整體壽命，則要減少個單體間的溫度梯度，一般各單體間溫差不宜超過 5 攝氏度。 

圖1   鋰電池工作的各種溫度區(qū)間

圖 2：水分對鋰離子電池的影響 

濕度對鋰電池的影響

濕度對電池性能的影響，主要體現(xiàn)在加劇電池內(nèi)部的反應。鋰離子電池內(nèi)部使復雜的化學體系，這些系統(tǒng)內(nèi)部反應過程都與水分密切相關，而水分的失控或粗化控制，會導致電池中水分的超標存在，不僅會導致電解質(zhì)鋰鹽的分解，也會對正負極材料的成膜和穩(wěn)定性產(chǎn)生惡劣影響，進而影響容量、內(nèi)部、等電化學特性。 

根據(jù)《濕熱環(huán)境下 NCM 三元鋰離子電池熱失控分析》，環(huán)境濕度增加，電池達到熱失控臨界溫度的時間會逐漸縮短。在環(huán)境適度為 100%工況下的臨界時間，比 50%適度下的臨界時間提前 7.2%，這表明濕度在一定范圍內(nèi)會加劇電池熱失控。因為隨著適度增加，電池內(nèi)部的反應會逐漸加劇，導致電池鼓包或外殼破裂，進而降低電解液的熱穩(wěn)定性。此外，水分過量也會導致電池內(nèi)的電解液分解出氫氟酸，腐蝕金屬零件，進而導致漏液，并破壞 SEI 膜，使鋰離子發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的化學反應，降低電池的能量。 

本文標題：溫度、濕度對集裝箱儲能電池的影響

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