鉅大LARGE | 點擊量：975次 | 2019年04月23日
為何低溫會對電動汽車的續(xù)航產(chǎn)生如此大的影響
全國各地的電動汽車車主朋友們是不是發(fā)現(xiàn)您的愛車?yán)m(xù)航里程突然大幅縮短，跑不了多遠，“油門”踩下去沒勁兒？是不是都開始為冬季嚴(yán)寒感到發(fā)愁，尤其是北方的朋友們，如此天氣不僅影響出行計劃，而且很多人為了能夠省點電，不舍得開暖風(fēng)，車?yán)镘囃鈳缀跻粋€溫度。這樣的體驗，讓人簡直懷疑當(dāng)初決定買電動汽車考慮的價值所在。
東北的小伙伴，冬天零下二十多度似乎是家常便飯。這可讓擁有電動汽車的他們可咋辦？
為何在寒冷的冬天電動汽車的續(xù)航會減少，不用腦袋想就知道與低溫有關(guān)。這可能與智能手機在低溫狀態(tài)下明明顯示電量充足但卻瞬時關(guān)機是一個道理。但是為何低溫會對它們的續(xù)航產(chǎn)生如此大的影響，順便給大家科普下。
為什么冬天電動汽車的續(xù)航就不行了？
通常來說，目前市面上絕大多數(shù)的電動汽車、甚至是電子數(shù)碼產(chǎn)品，使用的都是鋰電池，那么就先扒一扒，冬天的鋰電池怎么了。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
先從原理說起。電動汽車上使用的主要鋰電池類型，磷酸鐵鋰、三元鋰和錳酸鋰三種主流的鋰電池，負(fù)極石墨材料為主。他們的基本反映原理是近似的，都是“搖椅式”電化學(xué)儲能過程。
鋰電池放電過程
如上圖所示。在充電過程中，由于電池外加端電壓的作用，正極集流體附近的電子在電場驅(qū)動下向負(fù)極運動，到達負(fù)極后，與負(fù)極材料中的鋰離子結(jié)合，形成局部電中性存放在石墨間隙中；消耗了部分鋰離子的負(fù)極表面，鋰離子濃度變低，正極與負(fù)極之間形成離子濃度差。在濃差驅(qū)動下，正極材料中的鋰離子從材料內(nèi)部向正極表面運動，并沿著電解質(zhì)，穿過隔膜，來到負(fù)極表面；進一步在電勢驅(qū)動作用下，穿過SEI膜，向負(fù)極材料深處擴散，與從外電路過來的電子相遇，局部顯示電中性滯留在負(fù)極材料內(nèi)部。放電過程則剛好相反，包含負(fù)載的回路閉合后，放電過程開始于電子從負(fù)極集流體流出，通過外電路到達正極；終于鋰離子嵌入正極材料，與外電路過來的電子結(jié)合。
負(fù)極石墨為層狀結(jié)構(gòu)，鋰離子的嵌入和脫出的方式，在不同類型的鋰離子中沒有太大差異。不同正極材料，其晶格結(jié)構(gòu)存在不同，充放電過程中的鋰離子擴散進出，過程略有不同。
放電過程中，鋰離子想要從負(fù)極來到正極，需要在一些動力的驅(qū)動下克服一些阻力才能實現(xiàn)。這些阻力包括，從負(fù)極結(jié)構(gòu)中擴散出來要克服負(fù)極SEI膜阻抗；沿著電解液擴散需要克服電解液傳導(dǎo)阻抗；穿越正負(fù)極之間的隔膜，需要克服隔膜阻抗；從電解液進入正極，需要克服正極SEI膜（這個膜的結(jié)構(gòu)不是特別明顯）和材料內(nèi)部擴散阻抗。
那么鋰離子克服這些阻力的動力哪里來？一方面來自于正負(fù)極材料電勢差，正極材料與負(fù)極材料的勢能差越大，電池表現(xiàn)出來的開路電壓越高，電池存儲的能量也就越多，這個屬性也是電池能夠放電的基本動力；另一方面，電解液中不同位置離子濃度的不同，驅(qū)動離子從高濃度位置向低濃度位置運動，所謂濃差驅(qū)動。
這樣看來，只要我們明確，低溫是怎樣影響這些阻力和動力的，就能理解低溫對鋰電池性能的影響是怎么起作用的。
正極材料活性物質(zhì)，溫度越低，其活性越差，對外表現(xiàn)出電勢降低；正極鋰離子在材料內(nèi)部通道中的擴散越困難，表現(xiàn)出阻抗增加；負(fù)極表面的SEI膜，是電解液與負(fù)極材料初次接觸時候形成的一層鈍化膜，它的存在保護了負(fù)極材料不會被電解液進一步腐蝕，同時又能允許鋰離子進入和脫出。當(dāng)溫度降低，鋰離子通過SEI膜也變得困難，表現(xiàn)為阻抗增加；電解液的活性，在低溫下同樣變差，離子在電解液中的擴散能力降低。帶電離子的移動速率，宏觀上的表現(xiàn)就是電流值的大小。回想一下電流的定義：單位時間流過導(dǎo)體任意截面的電量。聯(lián)系到電荷移動速率與電流的關(guān)系，低溫使得電解液通過電流的能力降低了。而對電荷移動的阻礙，則表現(xiàn)為回路阻抗。溫度下降，電解液阻抗上升。
整體上看，在鋰電池這個體系里，電荷移動的不順暢，既表現(xiàn)為電勢降低，同時又表現(xiàn)為阻抗升高。電勢或者說電池的開路電壓，在一定溫度下，與電池內(nèi)部容納的能量有明確的對應(yīng)關(guān)系，那么電勢下降顯示了電池內(nèi)電能的減少。
上述解釋似乎顯得過于復(fù)雜，那么簡單總結(jié)下為何低溫下，電動汽車的續(xù)航里程少了？宏觀上，因為低溫使得鋰電池的可用容量變小了，同時內(nèi)阻變大了；微觀上，低溫一方面降低了鋰電池活性物質(zhì)放電的勢能，另一方面提高了系統(tǒng)放電阻力?？捎秒娏繙p小，行駛里程必然會減少，而電池內(nèi)阻的增加，又將一部分可用的電能直接轉(zhuǎn)化成歐姆熱浪費掉了。兩方面因素綜合到一起，續(xù)駛里程必然明顯減小。
說到這里，大家應(yīng)該應(yīng)該明白了自己的電動愛車為什么到了冬天就沒勁了吧，電池和儲能科技一直在不斷進步，我相信在眾多科技和研發(fā)人員的共同努力下，這個動力電池的老大難問題在不遠的將來會得到完美的解決。
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