鋰離子電池具有能量密度高、自放電小、輸出電壓高、循環(huán)壽命長和無記憶效應(yīng)等優(yōu)點，占據(jù)了以手機、筆記本電腦、數(shù)碼相機等為代表的消費類電子產(chǎn)品領(lǐng)域的絕大部分市場份額。目前，鋰離子電池在電動工具、電動自行車等領(lǐng)域的應(yīng)用也呈現(xiàn)出幾何級數(shù)增長。

隨著鋰離子電池在電動汽車及特種領(lǐng)域應(yīng)用的迅速發(fā)展，其低溫性能不能適應(yīng)特殊低溫天氣或極端環(huán)境的缺點也愈發(fā)明顯。低溫條件下，鋰離子電池的有效放電容量和有效放電能量都會有明顯的下降，同時其在低于-10℃的環(huán)境下幾乎不可充電，這嚴(yán)重制約著鋰離子電池的應(yīng)用。

鋰離子電池低溫性能影響因素

鋰離子電池主要由正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液組成。處于低溫環(huán)境的鋰離子電池存在著放電電壓平臺下降、放電容量低、容量衰減快、倍率性能差等特點。制約鋰離子電池低溫性能的因素主要有以下幾點：

正極結(jié)構(gòu)

正極材料的三維結(jié)構(gòu)制約著鋰離子的擴散速率，低溫下影響尤其明顯。鋰離子電池的正極材料包括商品化的磷酸鐵鋰、鎳鈷錳三元材料、錳酸鋰、鈷酸鋰等，也包括處于開發(fā)階段的高電壓正極材料如鎳錳酸鋰、磷酸鐵錳鋰、磷酸釩鋰等。不同正極材料具有不同的三維結(jié)構(gòu)，目前用作電動汽車動力電池的正極材料主要是磷酸鐵鋰、鎳鈷錳三元材料和錳酸鋰。吳文迪等研究了磷酸亞鐵鋰電池與鎳鈷錳三元電池在-20℃的放電性能，發(fā)現(xiàn)磷酸鐵鋰電池在-20℃的放電容量只能達(dá)到常溫容量的67.38%，而鎳鈷錳三元電池能夠達(dá)到70.1%。杜曉莉等發(fā)現(xiàn)錳酸鋰電池在-20℃的放電容量可以達(dá)到常溫容量的83%。

高熔點溶劑

由于電解液混合溶劑中存在高熔點溶劑，鋰離子電池電解液在低溫環(huán)境下黏度增大，當(dāng)溫度過低時會發(fā)生電解液凝固現(xiàn)象，導(dǎo)致鋰離子在電解液中傳輸速率降低。

鋰離子擴散速率

低溫環(huán)境下鋰離子在石墨負(fù)極中的擴散速率降低。向宇系統(tǒng)研究了石墨負(fù)極對鋰離子電池低溫放電性能的影響，提出低溫環(huán)境下鋰離子電池的電荷遷移阻抗增大，導(dǎo)致鋰離子在石墨負(fù)極中的擴散速率降低是影響鋰離子電池低溫性能的重要原因。

SEI膜

低溫環(huán)境下，鋰離子電池負(fù)極的SEI膜增厚，SEI膜阻抗增大導(dǎo)致鋰離子在SEI膜中的傳導(dǎo)速率降低，最終鋰離子電池在低溫環(huán)境下充放電形成極化降低充放電效率。

總結(jié)：

目前多因素影響著鋰離子電池的低溫性能，如正極的結(jié)構(gòu)、鋰離子在電池各部分的遷移速率、SEI膜的厚度及化學(xué)成分以及電解液中鋰鹽和溶劑的選擇等。

低溫性能限制了鋰離子電池在電動汽車領(lǐng)域、特種領(lǐng)域及極端環(huán)境中的應(yīng)用，開發(fā)低溫性能優(yōu)異的鋰離子電池是市場的迫切需求。