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鋰離子電池自從進(jìn)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(yán)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(fù)極、隔膜之間的相容性變差。
（3）低溫環(huán)境下，鋰離子電池負(fù)極析出鋰嚴(yán)重，并且鋰與電解液反應(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(kuò)散系統(tǒng)降低，電荷轉(zhuǎn)移阻抗（Rct）顯著增大。

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。

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(kuò)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。

(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。

(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(kuò)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。

鋰離子電池負(fù)極材料的低溫特性

相對于正極材料而言，鋰離子電池負(fù)極材料的低溫惡化現(xiàn)象更為嚴(yán)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(yán)重，負(fù)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(xué)角度，電解液中含有大量C–O、C–N等極性基團(tuán)，能與負(fù)極材料反應(yīng)，所形成的SEI膜更易受低溫影響；
（3）碳負(fù)極在低溫下嵌鋰?yán)щy，存在充放電不對稱性。

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，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)，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。

總結(jié)

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(kuò)散系數(shù)；
(3)電解液在低溫下具有高的離子電導(dǎo)率。

此外，研究中發(fā)現(xiàn)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)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。

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