冬季鋰電池容量將變極限，鋰離子電池為何「怕」低溫？

著者：Iflowpower – Dodávateľ prenosných elektrární

鋰離子電池自進入市場以來，憑藉其壽命長、比容量大、無記憶效應等優點獲得了廣泛的應用。 鋰離子電池低溫性能低，衰減嚴重，循環倍率性能差，斷鋰現像明顯，脫鋰不平衡等。 然而隨著應用領域的不斷擴大，鋰離子電池低溫性能的限制更加明顯。

據介紹，在-20℃的常溫下，鋰離子電池的放電容量僅約31.5%。 傳統鋰離子電池的工作溫度在-20—+55℃之間。

但在航空航太、電動車等領域，電池在-40℃的環境下也能正常運作。 因此，提高鋰離子電池的低溫性能具有重要意義。

限制鋰離子電池低溫性能的因素● 在低溫環境下，電解液的黏度增大，甚至部分凝固，導致鋰離子電池的電導率降低。 ● 低溫環境下電解液與負極、隔膜的相容性變差。 ● 低溫環境下鋰離子電池負極發生嚴重析出，析出的金屬鋰與電解液反應，產物沉積導致固態電解質界面（SEI）厚度增加。

●鋰離子電池在低溫環境下性能降低，電荷轉移阻抗（RCT）顯著增加。 影響鋰離子電池低溫性能因素探討●專家觀點1：電解液溶液對鋰離子電池低溫性能有重要影響，電解液的組成及物化性質對電池低溫性能有重要影響。 電池在低溫下出現的問題是：電解液的黏度會變大，離子傳導速度慢，導致外電路的電子遷移速度加快，所以電池發生嚴重的極化，充放電容量急劇下降。

特別是在低溫充電時，鋰離子很容易在負極表面形成鋰脫附現象，導致電池失效。 電解液的低溫性能與電解液自身電導率的大小密切相關，電導率的傳輸離子快，在低溫下就能發揮更多的容量。 電解液中鋰鹽越多，遷移次數越多，電導率越高。

電導率高，離子傳導越快，極化越小，電池的低溫性能越好。 因此較高的電導率是鋰離子電池實現良好低溫性能的必要條件。 電解液的電導率與電解液的組成有關，而溶劑的黏度是提高電解液電導率的途徑。

溶劑在低溫下的流動性佳是離子傳輸的保證，而電解質在低溫電解質中形成的固態電解質膜也是鋰離子傳導的關鍵，而RSEI是鋰離子電池在低溫環境下的主要阻抗。 ●專家觀點2：鋰離子電池低溫性能的限制因素是低溫下LI+擴散阻抗的急遽增加，而不是SEI膜。 鋰離子電池正極材料的低溫特性●1、低溫特性層狀結構正極材料既具有一維的鋰離子擴散通道，又具有三維通道的結構穩定性，這是最早商業化的。

鋰離子電池正極材料。 其代表物質有LiCoO2、Li(CO1-XNIX)O2和Li(Ni，Co，Mn)O2等。 謝曉華等

以LiCoo2/MCMB為研究對象，測試其低溫充電特性。 結果表明，隨著溫度的降低，放電平台從3.762V（0℃）下降到3.

207V（-30℃）；其電池總容量也從78.98mA·h（0℃）降至68.55mA·h（-30℃）。

●2. 尖晶石結構正極材料的低溫特性尖晶石結構LiMn2O4正極材料，由於不含Co元素，有成本低、無毒性的優點。 但由於Mn價態與Mn3+的JaHN-Teller效應，導致結構不穩定、可逆性差異等問題。 彭正順等，顯示LiMn2O4正極材料的電化學性能差異較大，並以RCT為例：採用高溫固相合成的LIMN2O4的RCT明顯高於溶膠凝膠法，這種現象與鋰離子在註入時的擴散係數有關。

原因主要是由於合成方法不同對產物的結晶性和形貌所造成的影響。 ●3.磷酸鹽體係正極材料LIFEPO4的低溫特性因優異的體積穩定性和安全性，與三元材料相比，是目前動力電池正極材料的主體。 磷酸鐵不耐低溫主要是因為材料本身為絕緣體，電子傳導率較低，鋰離子擴散較差，使電池內阻增大，極化較大，電池充放電受阻，因此低溫性能並不理想。

谷逸迪等研究LifePO4在低溫下的充放電行為時，在55℃至0℃溫度下的Kulen效率為96%、-20℃溫度下的64%，放電電壓從55℃為3.11V。

輸送至-20°C時為2.62V。 幸等研究發現，加入奈米碳導電劑後，LiFePO4的電化學性能有所下降，而低溫性能有所改善；改性3後LiFePO4的放電電壓。

40V在-25℃時降至3.09V，下降幅度僅9.12%；其電池效率為57。

3%，高於非奈米碳電劑在-25℃時的53.4%。 近來，LIMNPO4引起了人們的興趣。

研究發現LIMNPO4具有電位高(4.1V)、無污染、價格低、比容量大(170mAh/g)等優點。 但由於LIMNPO4的離子電導率較LiFePO4低，因此常用它來取代Mn形成LiMn0。

8Fe0.2PO4固溶體在實際使用上佔FE部分。 鋰離子電池負極材料的低溫特性相對正極材料更加嚴重，鋰離子電池的低溫劣化更為嚴峻，主要有以下三個原因：●低溫高倍率充放電，電池極化嚴重，負極表面金屬鋰大量沉積，而金屬鋰與電解液的反應產物一般不具備導電性；受低溫影響；

低溫電解液的研究承擔鋰離子電池中Li+的遷移作用，其離子電導率和SEI膜形成性能對電池低溫性能有重要影響。 確定低溫電解液很有講究，主要有三個指標：離子電導率、電化學視窗、電極反應性。 這三項指標的高低很大程度取決於它的組成材料：溶劑、電解液（鋰鹽）、添加劑。

因此，研究電解液各部分的低溫性能，對於認識及提升電池的低溫性能具有重要意義。 ● EC型電解液的低溫特性與鏈狀碳酸酯相比，環狀碳酸酯結構緊密，強度高，具有較高的熔點和黏度。 然而，環狀結構的極性較大，使得它往往具有較大的介電常數。

EC溶劑具有較大的介電常數，較高的離子電導率，完美的成膜性能，有效地阻止了溶劑分子的共嵌插，從而佔有不可缺少的地位，所以大多低溫電解液體系均採用大分子，然後再混合熔點較低的小分子溶劑。 ● 鋰鹽是電解液的重要組成成分。 鋰鹽不僅能提高溶液的離子電導率，還可以減少Li+在溶液中的擴散距離。

一般來說，溶液中Li+濃度越大，離子電導率越大。 但電解液中的鋰離子濃度與電池濃度並不是線性相關的，而是一條拋物線。 這是因為，溶劑中的鋰離子濃度取決於溶劑中鋰鹽的解離和締合的強度。

低溫電解液的研究除了電池本身組成外，實際操作中的製程因素也會對電池的性能產生重大影響。 ●(1) 製備製程YAQUB等研究了電極負載量和塗層厚度對LINI0.6CO 0的影響。

2mn0.2O2/石墨電池低溫性能顯示,電極負載量越小,包覆層越薄,低溫性能越好。 ●（2）充放電狀態Petzl等人研究了低溫充放電狀態對電池循環壽命的影響，發現當深度放電時會造成較大的容量損失，並降低循環壽命。

(3) 表面積、孔徑、電極密度、電極與電解液的浸潤性等，影響鋰離子電池的低溫性能。 此外，材料和製程的缺陷對電池低溫性能的影響也不容忽視。 因此為確保鋰離子電池的低溫性能，需要做好以下工作： ● (1)形成薄而緻密的SEI膜； ●（2）保證Li+在活性物質中具有較大的擴散係數； ●（3））電解質在低溫下具有高的離子電導率。

此外，研究還可以另闢蹊徑，將目光投向另一種鋰離子電池－全固態鋰離子電池。 相較於傳統鋰離子電池，全固態鋰離子電池特別是全固態薄膜鋰離子電池有望徹底解決電池低溫使用的容量衰減問題和循環安全問題。 那麼冬季該如何保養鋰電池呢？ 1.

請勿在低溫環境下使用鋰電池的溫度對於鋰電池的影響，鋰電池的溫度越低，鋰電池的活性越低，這直接導致充放電效率的明顯下降，也就是一般鋰電池的工作溫度在-20度-60度之間。 當氣溫低於0℃時，請注意不要在室外充電，可以充電的，我們可以把電池拿到室內（注意，遠離易燃物！！！），當氣溫低於-20℃時，電池會自動進入休眠狀態，無法正常使用。 所以北部的用戶特別怕冷。

不存在室內充電條件。 為了充分利用電池的剩餘電量，停車後立即進行陽光充電，以增加充電量，並避免鋰電。 2.養成陪行的習慣冬季，當電池電量過低時，一定要及時充電，養成良好的陪行習慣，記住，千萬不要按照電池正常的狀態來回冬季電池的電量。

冬季鋰電池活性下降，極易造成過充，輕則影響電池壽命，重則引發燃燒事故。 因此冬季更要注意淺淺地充電。 特別要指出的是，不要讓車輛長時間停放，避免過度充電。

3.記得不要遠離電源長時間充電，不要為了方便，把車輛長時間置於充電狀態，這樣就可以了。 冬季充電環境低於0°C時，充電時不要離開太遠，以防突發狀況，及時處理。 4.

充電時，使用鋰電池的專用充電器，市面上充斥著劣質充電器，使用劣質充電器，會造成電池損壞，甚至造成火災。 不要購買低價無保固的產品，不要使用鉛酸電池充電器；如果你的充電器不能用，就停止使用，千萬不要丟失。 5.注意電池的壽命，新鋰電池使用時及時更換，不同類型的電池壽命不同，加上日常的使用方式，電池的壽命也不盡相同，如果車子突然沒電或無故短路，請聯絡鋰電池維修人員來處理，在短路期間，請聯絡鋰電池維修人員。

6.冬天有好的電，為了在春天中旬使用車輛，如果你的電池長時間不用的話，就要記得將電池的電量充到50%—80%，並且從車上拆下來，進行定期充電，大約一個月充電一次。 注意：電池應存放在乾燥的環境中。 7.

正確放置電池 請勿將電池浸入水中，或使電池受潮；請勿堆疊超過 7 層，或顛倒電池方向，鋰電池。