使用溫度差2℃，鋰離子電池壽命差一倍？！

導讀：鋰電池憑借著高能量密度、長壽命的特性，在消費電子范疇取得了巨大的成功，近年來在電動車產業快速發展的刺激下，鋰電池又開始在動力電池范疇開疆擴土。在電動車使用中鋰電池通常需要通過并聯、串聯的方式組合成為模塊，模塊再組合成為電池組為電動車提供電能。依據單體電池的容量，通常一個電池組內會蘊含數百到數千只電池，例如特斯拉早期Model3的電池組中使用了7000多只18650型號的單體電池。由于電池組內的空間非常有限，因此大量的單體電池堆積在一起就會帶來一個非常嚴重的問題——散熱。

在電池組內由于散熱條件不佳，因此在電池組中間位置的單體電池的溫度就會顯著高于周邊散熱條件較好的電池，這會帶來兩個方面的影響：

1）首先是隨著電池溫度的升高，電池的內阻會顯著的降低，因此在放電的過程中溫度高的單體電池電流就會分明高于溫度較低的電池，這就造成電池溫度高的電池的衰降速度顯著高于溫度低的電池。北京大學的QuanXia等人【1】研究聲明當電池包內最大溫差從2.5℃升高到4.62℃時，同樣充電600Ah后，電池包的可靠性會從0.9328，下降到0.0635（如下圖紅色和綠色曲線所示），可靠性下降到0.0635基本上就意味著電池包的失效。相反的，如果我們提高冷卻劑的流速，將電池包內的最大溫差進一步降低到2.36℃，則電池包的循環可靠性還會進一步提高（如下圖中藍色曲線所示），由此可見電池包的使用壽命不僅僅受到單體電池的壽命影響，更受到電池包內溫度平均性的影響，電池包內最大溫差升高2℃甚至可能導致電池包的使用壽命縮短將近一倍。

2）此外在電池包散熱條件不佳的情況下導致部分電池溫度過高，降低正負極的界面穩定性，本身就會導致電池的衰降加速。我們以常見的NCM622材料為例【3】，NCM622扣式半電池在20℃下循環100次后，容量保持率為87.5%，但是如果環境溫度提高到60℃后，循環100次后扣式電池的容量保持率則僅為68.8%，高溫嚴重的降低了NCM622材料的使用壽命。研究聲明高溫下NCM622材料會面臨更加嚴重的過渡金屬元素溶解和Li/Ni混排，從而導致NCM622顆粒的表層結構衰變，引起界面阻抗的增加和可逆容量的衰降【4】，這是引起NCM材料高溫下衰降加速的主要原由。

鑒于溫度對于單體電池和電池包壽命的巨大影響，在電池包設計中熱管理系統占有非常緊要的地位。電池包的熱管理系統一般具有兩種功能：1）加熱，通常通過在電池表面貼加熱帶的方式實現對單體電池的加熱，也有部分學者提出電池內部加熱的方式提高加熱效率【5】；2）散熱功能，常見的散熱方式主要包括風冷、水冷、熱管和相變材料等，由于水的比熱容比較大的，散熱效果良好，因此水冷散熱是目前最為常用的散熱方式。例如特斯拉采用的電池包內部就采用了大量的蛇形管緊貼電池表面為單體電池進行散熱，從而保證電池內部溫度的平均性，提高電池包的使用壽命。

水冷散熱帶來良好的散熱效果的同時，也帶來一個巨大的風險，一旦冷卻液發生泄漏，會筆直導致電池包內大量的電器設備發生短路，動力電池包的電壓往往高達數百伏，短路事故的發生會萌生嚴重的安全事故。因此，電池包的冷卻系統在使用之前非得要進行密封性測試，然而電池包的冷卻系統通常體積龐大，結構復雜，常規的差壓、背壓等測試方式并不適合對其進行檢漏。

為知道決這一難題，杭州固恒新能源科技有限公司推出了QMM型系列便攜式氣密性測試設備，該設備通過固恒特有的氣壓控制及測量技術有效的處理了在微氣壓下的氣壓自動調節、氣壓穩定和采樣精度等難題，具有進氣氣壓自動調節、氣壓穩定精度高、探測結果重復性好等特點，適合動力電池組、液冷系統、PDU和PEU等部件的氣密性測試，在加工現場和售后服務使用中廣受好評。

液冷系統憑借著良好的冷卻效果在動力電池組中得到了廣泛的使用，雖然液冷系統的采用大幅改善了電池組的使用壽命，但是冷卻系統中的冷卻液一旦泄漏卻會對電池組萌生致命的危害，因此冷卻系統的氣密性測試必不可少。杭州固恒新能源科技公司推出的QMM型系列便攜式氣密性測試設備很好的克服冷卻系統體積龐大、結構復雜的困難，為加工現場和售后維護的氣密性測試提供了一種簡單、快速、高效的辦法，得到了市場的廣泛認可，已經成為動力電池氣密性測試的標桿性產品。

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