冬季锂电池容量将变极限，锂离子电池为何“怕”低温？

著者：Iflowpower – Olupese Ibusọ Agbara to ṣee gbe

锂离子电池自进入市场以来，凭借其寿命长、比容量大、无记忆效应等优点获得了广泛的应用。 锂离子电池低温性能低，衰减严重，循环倍率性能差，断锂现象明显，脱锂不平衡等。 然而随着应用领域的不断扩大，锂离子电池低温性能的制约更加明显。

据介绍，在-20℃的常温下，锂离子电池的放电容量仅为31.5%左右。 传统锂离子电池的工作温度在-20—+55℃之间。

但在航空航天、电动汽车等领域，电池在-40℃的环境下也能正常工作。 因此，提高锂离子电池的低温性能具有重要意义。

制约锂离子电池低温性能的因素● 在低温环境下，电解液的粘度增大，甚至部分凝固，导致锂离子电池的电导率降低。 ● 低温环境下电解液与负极、隔膜的相容性变差。 ● 低温环境下锂离子电池负极发生严重析出，析出的金属锂与电解液发生反应，产物沉积导致固态电解质界面（SEI）厚度增加。

● 锂离子电池在低温环境下性能降低，电荷转移阻抗（RCT）显著增加。 影响锂离子电池低温性能因素探讨●专家观点1：电解液溶液对锂离子电池低温性能有重要影响，电解液的组成及物化性质对电池低温性能有重要影响。 电池在低温下出现的问题是：电解液的粘度会变大，离子传导速度慢，导致外电路的电子迁移速度加快，所以电池发生严重的极化，充放电容量急剧下降。

特别是在低温充电时，锂离子很容易在负极表面形成锂脱附现象，导致电池失效。 电解液的低温性能与电解液自身电导率的大小密切相关，电导率的传输离子快，在低温下就能发挥更多的容量。 电解液中锂盐越多，迁移次数越多，电导率越高。

电导率高，离子传导越快，极化越小，电池的低温性能越好。 因此较高的电导率是锂离子电池实现良好低温性能的必要条件。 电解液的电导率与电解液的组成有关，溶剂的粘度是提高电解液电导率的途径。

溶剂在低温下的流动性好是离子传输的保证，而电解质在低温电解液中形成的固体电解质膜也是锂离子传导的关键，而RSEI是锂离子电池在低温环境下的主要阻抗。 ● 专家观点2：锂离子电池低温性能的限制因素是低温下LI+扩散阻抗的急剧增加，而不是SEI膜。 锂离子电池正极材料的低温特性●1、低温特性层状结构正极材料既具有一维的锂离子扩散通道，又具有三维通道的结构稳定性，这是最早商业化的。

锂离子电池正极材料。 其代表物质有LiCoO2、Li(CO1-XNIX)O2和Li(Ni，Co，Mn)O2等。 谢晓华等

以LiCoo2/MCMB为研究对象，测试其低温充电特性。 结果表明，随着温度的降低，放电平台从3.762V（0℃）下降到3.

207V(-30℃)；其电池总容量也由78.98mA·h(0℃)降低至68.55mA·h(-30℃)。

● 2、尖晶石结构正极材料的低温特性尖晶石结构LiMn2O4正极材料，由于不含Co元素，有成本低、无毒的优点。 但由于Mn价态与Mn3+的JaHN-Teller效应，导致结构不稳定、可逆性差异等问题。 彭正顺等，表明LiMn2O4正极材料的电化学性能差异较大，并以RCT为例：采用高温固相合成的LIMN2O4的RCT明显高于溶胶凝胶法，这种现象与锂离子在注入时的扩散系数有关。

其原因主要是由于合成方法不同对产物的结晶性和形貌造成的影响。 ●3、磷酸盐体系正极材料LIFEPO4的低温特性因优异的体积稳定性和安全性，与三元材料相比，是目前动力电池正极材料的主体。 磷酸铁不耐低温主要是因为材料本身为绝缘体，电子传导率较低，锂离子扩散较差，使电池内阻增大，极化较大，电池充放电受阻，因此低温性能并不理想。

谷逸迪等在研究LifePO4在低温下的充放电行为时，在55℃至0℃温度下的Kulen效率为96%、-20℃温度下的64%，放电电压从55℃为3.11V。

输送至-20°C时为2.62V。 幸军等研究发现，加入纳米碳导电剂后，LiFePO4的电化学性能有所下降，而低温性能有所改善；改性后LiFePO4的放电电压提高了3.

40V在-25℃时电压也下降到3.09V，下降幅度仅为9.12%；而其电池效率为57.

3%，高于非纳米碳电剂在-25℃时的53.4%。 近年来，LIMNPO4引起了人们的兴趣。

研究发现LIMNPO4具有电位高(4.1V)、无污染、价格低、比容量大(170mAh/g)等优点。 但由于LIMNPO4的离子电导率较LiFePO4低，因此常常用它来取代Mn形成LiMn0。

8Fe0.2PO4固溶体在实际使用中占FE部分。 锂离子电池负极材料的低温特性相对于正极材料更加严重，锂离子电池的低温劣化更为严峻，主要有三点原因：●低温高倍率充放电，电池极化严重，负极表面金属锂大量沉积，而金属锂与电解液的反应产物一般不具备导电性；●受低温影响；。

低温电解液的研究承担着锂离子电池中Li+的迁移作用，其离子电导率和SEI膜形成性能对电池低温性能有重要影响。 确定低温电解液很有讲究，主要有三个指标：离子电导率、电化学窗口、电极反应性。 这三项指标的高低很大程度上取决于它的组成材料：溶剂、电解液（锂盐）、添加剂。

因此，研究电解液各部分的低温性能，对于认识和提高电池的低温性能具有重要意义。 ● EC型电解液的低温特性与链状碳酸酯相比，环状碳酸酯结构紧密，强度高，具有较高的熔点和粘度。 然而，环状结构的极性较大，使得它往往具有较大的介电常数。

EC溶剂具有较大的介电常数，较高的离子电导率，完美的成膜性能，有效地阻止了溶剂分子的共嵌插，从而占有不可缺少的地位，所以大多低温电解液体系均采用大分子，然后再混合熔点较低的小分子溶剂。 ● 锂盐是电解液的重要组成成分。 锂盐不仅能够提高溶液的离子电导率，还可以减少Li+在溶液中的扩散距离。

一般来说，溶液中Li+浓度越大，离子电导率越大。 但电解液中的锂离子浓度与电池浓度并不是线性相关的，而是一条抛物线。 这是因为，溶剂中的锂离子浓度取决于溶剂中锂盐的解离和缔合的强度。

低温电解液的研究除了电池本身组成外，实际操作中的工艺因素也会对电池的性能产生重大影响。 ● (1)制备工艺YAQUB等研究了电极负载量和涂层厚度对LINI0.6CO 0的影响。

2mn0.2O2/石墨电池低温性能表明,电极负载量越小,涂覆层越薄,低温性能越好。 ●（2）充放电状态Petzl等人研究了低温充放电状态对电池循环寿命的影响，发现当深度放电时会引起较大的容量损失，并降低循环寿命。

(3) 表面面积、孔径、电极密度、电极与电解液的浸润性等，影响锂离子电池的低温性能。 此外，材料和工艺的缺陷对电池低温性能的影响也不容忽视。 因此，为保证锂离子电池的低温性能，需要做到以下几点：●（1）形成薄而致密的SEI膜；●（2）保证Li+在活性物质中具有较大的扩散系数；●（3）电解液在低温下具有高的离子电导率。

此外，研究还可以另辟蹊径，将目光投向另一种锂离子电池——全固态锂离子电池。 相较于传统锂离子电池，全固态锂离子电池特别是全固态薄膜锂离子电池有望彻底解决电池低温使用的容量衰减问题和循环安全问题。 那么冬季锂电池该如何保养呢？1.

请勿在低温环境下使用锂电池的温度对于锂电池的影响，锂电池的温度越低，锂电池的活性越低，这直接导致充放电效率的明显下降，也就是一般锂电池的工作温度在-20度-60度之间。 当气温低于0℃时，注意不要在室外充电，可以充电的，我们可以把电池拿到室内（注意，远离易燃物！！！），当气温低于-20℃时，电池会自动进入休眠状态，无法正常使用。 所以北方的用户特别怕冷。

不存在室内充电条件。 为了充分利用电池的剩余电量，停车后立即进行阳光充电，以增加充电量，并避免锂电。 2、养成陪行的习惯冬季，当电池电量过低时，一定要及时充电，养成良好的陪行习惯，记住，千万不要按照电池正常的状态来回冬季电池的电量。

冬季锂电池活性下降，极易造成过充，轻则影响电池寿命，重则引发燃烧事故。 因此冬季更要注意浅浅地充电。 特别需要指出的是，不要让车辆长时间停放，避免过度充电。

3、切记不要远离电源长时间充电，不要为了方便，把车辆长时间置于充电状态，这样就可以了。 冬季充电环境低于0°C时，充电时不要离开太远，以防突发状况，及时处理。 4.

充电时，使用锂电池的专用充电器，市场上充斥着劣质充电器，使用劣质充电器，会造成电池损坏，甚至引起火灾。 不要购买低价无保修的产品，不要使用铅酸电池充电器；如果你的充电器不能用了就停止使用，千万不要丢了。 5、注意电池的寿命，新锂电池使用时及时更换，不同类型的电池寿命不同，加上日常的使用方式，电池的寿命也不尽相同，如果车子突然没电或者无故短路，请联系锂电池维修人员来处理，在短路期间，请联系锂电池维修人员。

6、冬天有好的电，为了在春天中旬使用车辆，如果你的电池长时间不用的话，就要记得将电池的电量充到50%—80%，并且从车上拆下来，进行定期充电，大约一个月充电一次。 注意：电池应存放在干燥的环境中。 7.

正确放置电池 请勿将电池浸入水中，或使电池受潮；请勿堆叠超过 7 层，或倒置电池方向，锂电池。