鋰離子電池自從進入市場以來，以其壽命長、比容量大、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點，獲得了廣泛的應(yīng)用。鋰離子電池低溫使用存在容量低、衰減嚴重、循環(huán)倍率性能差、析鋰現(xiàn)象明顯、脫嵌鋰不平衡等問題。然而，隨著應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，鋰離子電池的低溫性能低劣帶來的制約愈加明顯。

　　據(jù)報道，在-20℃時鋰離子電池放電容量只有室溫時的31.5%左右。傳統(tǒng)鋰離子電池工作溫度在-20——+55℃之間。但是在航空航天、軍工、電動車等領(lǐng)域，要求電池能在-40℃正常工作。因此，改善鋰離子電池低溫性質(zhì)具有重大意義。

　　制約鋰離子電池低溫性能的因素

　　1、低溫環(huán)境下，電解液的黏度增大，甚至部分凝固，導(dǎo)致鋰離子電池的導(dǎo)電率下降。

　　2、 低溫環(huán)境下電解液與負極、隔膜之間的相容性變差。

　　3、 低溫環(huán)境下鋰離子電池的負極析出鋰嚴重，并且析出的金屬鋰與電解液反應(yīng)，其產(chǎn)物沉積導(dǎo)致固態(tài)電解質(zhì)界面(SEI)厚度增加。

　　4、低溫環(huán)境下鋰離子電池在活性物質(zhì)內(nèi)部擴散系統(tǒng)降低，電荷轉(zhuǎn)移阻抗(Rct)顯著增大。

　　對于影響鋰離子電池低溫性能因素的探討

　　專家觀點一：電解液對鋰離子電池低溫性能的影響最大，電解液的成分及物化性能對電池低溫性能有重要影響。電池低溫下循環(huán)面臨的問題是：電解液粘度會變大，離子傳導(dǎo)速度變慢，造成外電路電子遷移速度不匹配，因此電池出現(xiàn)嚴重極化，充放電容量出現(xiàn)急劇降低。尤其當?shù)蜏爻潆姇r，鋰離子很容易在負極表面形成鋰枝晶，導(dǎo)致電池失效。

　　電解液的低溫性能與電解液自身電導(dǎo)率的大小關(guān)系密切，電導(dǎo)率大電解液的傳輸離子快，低溫下可以發(fā)揮出更多的容量。電解液中的鋰鹽解離的越多，遷移數(shù)目就越多，電導(dǎo)率就越高。電導(dǎo)率高，離子傳導(dǎo)速率越快，所受極化就越小，在低溫下電池的性能表現(xiàn)越好。因此較高的電導(dǎo)率是實現(xiàn)鋰離子蓄電池良好低溫性能的必要條件。

　　電解液的電導(dǎo)率與電解液的組成成分有關(guān)，減小溶劑的粘度是提高電解液電導(dǎo)率的途徑之一。溶劑低溫下溶劑良好的流動性是離子運輸?shù)谋Ｕ?，而低溫下電解液在負極所形成的固體電解質(zhì)膜也是影響鋰離子傳導(dǎo)的關(guān)鍵，且RSEI為鋰離子電池在低溫環(huán)境下的主要阻抗。

　　專家觀點二：限制鋰離子電池低溫性能的主要因素是低溫下急劇增加的Li+擴散阻抗，而并非SEI膜。

　　鋰離子電池正極材料的低溫特性

　　1、層狀結(jié)構(gòu)正極材料的低溫特性

　　層狀結(jié)構(gòu)，既擁有一維鋰離子擴散通道所不可比擬的倍率性能，又擁有三維通道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，是最早商用的鋰離子電池正極材料。其代表性物質(zhì)有LiCoO2、Li(Co1-xNix)O2和Li(Ni,Co,Mn)O2等。

　　謝曉華等以LiCoO2/MCMB為研究對象，測試了其低溫充放電特性。結(jié)果顯示，隨著溫度的降低，其放電平臺由3.762V(0℃)下降到3.207V(-30℃);其電池總?cè)萘恳灿?8.98mA·h(0℃)銳減到68.55mA·h(-30℃)。

　　2、尖晶石結(jié)構(gòu)正極材料的低溫特性

　　尖晶石結(jié)構(gòu)LiMn2O4正極材料，由于不含Co元素，故而具有成本低、無毒性的優(yōu)勢。

　　然而，Mn價態(tài)多變和Mn3+的Jahn-Teller效應(yīng)，導(dǎo)致該組分存在著結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定和可逆性差等問題。

　　彭正順等指出，不同制備方法對LiMn2O4正極材料的電化學性能影響較大，以Rct為例：高溫固相法合成的LiMn2O4的Rct明顯高于溶膠凝膠法合成的，且這一現(xiàn)象在鋰離子擴散系數(shù)上也有所體現(xiàn)。究其原因，主要是由于不同合成方法對產(chǎn)物結(jié)晶度和形貌影響較大。

　　3、磷酸鹽體系正極材料的低溫特性

　　LiFePO4因絕佳的體積穩(wěn)定性和安全性，和三元材料一起，成為目前動力電池正極材料的主體。磷酸鐵鋰低溫性能差主要是因為其材料本身為絕緣體，電子導(dǎo)電率低，鋰離子擴散性差，低溫下導(dǎo)電性差，使得電池內(nèi)阻增加，所受極化影響大，電池充放電受阻，因此低溫性能不理想。

　　谷亦杰等在研究低溫下LiFePO4的充放電行為時發(fā)現(xiàn)，其庫倫效率從55℃的100%分別下降到0℃時的96%和-20℃時的64%;放電電壓從55℃時的3.11V遞減到-20℃時的2.62V。

　　Xing等利用納米碳對LiFePO4進行改性，發(fā)現(xiàn)，添加納米碳導(dǎo)電劑后，LiFePO4的電化學性能對溫度的敏感性降低，低溫性能得到改善;改性后LiFePO4的放電電壓從25℃時的3.40V下降到-25℃時的3.09V，降低幅度僅為9.12%;且其在-25℃時電池效率為57.3%，高于不含納米碳導(dǎo)電劑的53.4%。

　　近來，LiMnPO4引起了人們濃厚的興趣。研究發(fā)現(xiàn)，LiMnPO4具有高電位(4.1V)、無污染、價格低、比容量大(170mAh/g)等優(yōu)點。然而，由于LiMnPO4比LiFePO4更低的離子電導(dǎo)率，故在實際中常常利用Fe部分取代Mn形成LiMn0.8Fe0.2PO4固溶體。

　　鋰離子電池負極材料的低溫特性

　　相對于正極材料而言，鋰離子電池負極材料的低溫惡化現(xiàn)象更為嚴重，主要有以下3個原因：

　　1、低溫大倍率充放電時電池極化嚴重，負極表面金屬鋰大量沉積，且金屬鋰與電解液的反應(yīng)產(chǎn)物一般不具有導(dǎo)電性;

　　2、從熱力學角度，電解液中含有大量C-O、C-N等極性基團，能與負極材料反應(yīng)，所形成的SEI膜更易受低溫影響;

　　3、碳負極在低溫下嵌鋰困難，存在充放電不對稱性。

　　低溫電解液的研究

　　電解液在鋰離子電池中承擔著傳遞 Li+ 的作用，其離子電導(dǎo)率和 SEI 成膜性能對電池低溫性能影響顯著。判斷低溫用電解液優(yōu)劣，有3個主要指標：離子電導(dǎo)率、電化學窗口和電極反應(yīng)活性。而這3個指標的水平，在很大程度上取決于其組成材料：溶劑、電解質(zhì)(鋰鹽)、添加劑。因此，電解液的各部分低溫性能的研究，對理解和改善電池的低溫性能，具有重要的意義。

　　1、EC基電解液低溫特性相比鏈狀碳酸酯而言，環(huán)狀碳酸酯結(jié)構(gòu)緊密、作用力大，具有較高的熔點和黏度。但是、環(huán)狀結(jié)構(gòu)帶來的大的極性，使其往往具有很大的介電常數(shù)。EC溶劑的大介電常數(shù)、高離子導(dǎo)電率、絕佳成膜性能，有效防止溶劑分子共插入，使其具有不可或缺的地位，所以，常用低溫電解液體系大都以EC為基，再混合低熔點的小分子溶劑。

　　2、鋰鹽是電解液的重要組成。鋰鹽在電解液中不僅能夠提高溶液的離子電導(dǎo)率，還能降低 Li+ 在溶液中的擴散距離。一般而言，溶液中的Li+濃度越大，其離子電導(dǎo)率也越大。但電解液中的鋰離子濃度與鋰鹽的濃度并非呈線性相關(guān)，而是呈拋物線狀。這是因為，溶劑中鋰離子濃度取決于鋰鹽在溶劑中的離解作用和締合作用的強弱。

　　低溫電解液的研究

　　除電池組成本身外，在實際操作中的工藝因素， 也會對電池性能產(chǎn)生很大影響。

　　1、 制備工藝

　　Yaqub等研究了電極荷載及涂覆厚度對 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 /Graphite電池低溫性能的影響發(fā)現(xiàn)，就容量保持率而言，電極荷載越小，涂覆層越薄，其低溫性能越好。

　　2、 充放電狀態(tài)

　　Petzl 等研究了低溫充放電狀態(tài)對電池循環(huán)壽命的影響發(fā)現(xiàn)放電深度較大時，會引起較大的容量損失，且降低循環(huán)壽命。

　　3、 其它因素

　　電極的表面積、孔徑、電極密度、電極與電解液的潤濕性及隔膜等，均影響著鋰離子電池的低溫性能。另外，材料和工藝的缺陷對電池低溫性能的影響也不容忽視。

　　所以，為保證鋰離子電池的低溫性能，需要做好以下幾點：

　　(1) 形成薄而致密的SEI膜;

　　(2) 保證 Li+在活性物質(zhì)中具有較大的擴散系數(shù);

　　(3) 電解液在低溫下具有高的離子電導(dǎo)率。

　　此外，研究中還可另辟蹊徑，將目光投向另一類鋰離子電池——全固態(tài)鋰離子電池。相較常規(guī)的鋰離子電池而言，全固態(tài)鋰離子電池，尤其是全固態(tài)薄膜鋰離子電池，有望徹底解決電池在低溫下使用的容量衰減問題和循環(huán)安全問題。

　　那么，冬季如何正確對待鋰電池?

　　1、請勿在低溫環(huán)境下使用鋰電池

　　溫度對于鋰電池的影響還是很大的，溫度越低鋰電池的活性就越低，直接導(dǎo)致充放電效率大幅降低，所一般而言，鋰電池的工作溫度為-20度-60度之間。

　　當溫度低于0℃時，注意不要在室外充電，你充了也充不進去，我們可以將電池拿到室內(nèi)進行充電(注意，一定遠離易燃物!!!)，當溫度低于-20℃，電池會自動進入休眠狀態(tài)，無法正常使用。所以北方尤為寒冷地方的用戶。

　　實在沒有室內(nèi)充電條件的，要充分利用電池放電時的余熱，停車后立即在陽光下充電，以增加充電量，并避免析鋰。

　　2、養(yǎng)成隨用隨充的習慣

　　冬季，當電池電量過低時，我們要做到及時充電，養(yǎng)成隨用隨充的好習慣，記住，永遠不要按照正常的電池續(xù)航去預(yù)估冬季電池電量。

　　冬天鋰電池活性下降，非常容易造成過放過充，輕則影響電池使用壽命，重則引發(fā)燃燒事故。因此，冬天更要注意以淺放淺充的方式充電。特別需要指出的是，不要以一直充電的方式長時間停放車輛，避免過充。

　　3、充電時請勿遠離切記不要長時間充電

　　不要為了圖方便，將車輛長期處于充電狀態(tài)，做到充滿即拔就可以。冬季充電環(huán)境不要低于0℃，充電時，不要離開太遠，以防突發(fā)情況發(fā)生，及時處理。

　　4、充電時使用鋰電池專用充電器

　　市場上充斥著大量的劣質(zhì)充電器，使用劣質(zhì)充電器會造成電池損壞，甚至引起火災(zāi)。不要貪圖便宜購買低價無保障產(chǎn)品，更不要使用鉛酸電池充電器;如果你的充電器不能正常使用，立即停止使用，切莫因小失大。

　　5、注意電池壽命，適時換新

　　鋰電池都有壽命，不同規(guī)格型號電池壽命不同，加上日常使用方式不當，電池的壽命幾個月到三年不等，如果車子出現(xiàn)斷電或是續(xù)航異常短，不能充電放電時候請及時聯(lián)系鋰電池維修人員處理。

　　6、留有余電好過冬

　　為了來年春天能正常使用車輛，如果長期不用電池，記得充入50%——80%的電量，并且從車上卸下存放，并做到定期充電，大概一個月一充。注意：電池存放一定要放在干燥的環(huán)境下哦。

　　7、正確放置電池

　　不要將電池浸入水中，或者使電池潮濕;不要將電池疊放超過7層，或者倒置電池方向。