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自進入市場以來，鋰電池以其壽命長、比容量大、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用。低溫使用鋰電池存在容量低、衰減嚴重、循環(huán)倍率差、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)域的不斷擴大，鋰電池的低溫性能越來越明顯。
據(jù)悉，鋰電池在-20℃的放電容量僅為室溫的31.5%左右。傳統(tǒng)鋰電池的工作溫度在-20~+55℃之間。但在航空航天、軍工、電動汽車等領(lǐng)域，要求電池在-40℃正常工作。因此，提高鋰電池的低溫性能具有重要意義。
一、制約鋰電池低溫性能的因素
在低溫環(huán)境下，電解液粘度增加，甚至部分凝固，導(dǎo)致鋰電池導(dǎo)電率下降。
電解液與負極、隔膜在低溫環(huán)境下的相容性變差。
鋰電池負極析出鋰在低溫環(huán)境下嚴重，析出的金屬鋰與電解液發(fā)生反應(yīng)，其產(chǎn)物沉積導(dǎo)致固體電解質(zhì)界面厚度增加。
鋰電池在低溫環(huán)境下的活性物質(zhì)擴散系統(tǒng)減少，電荷轉(zhuǎn)移阻抗(Rct)顯著增大。
二、對于影響鋰電池低溫性能的決定性因素討論
專家觀點1:電解液對鋰電池的低溫性能影響最大，電解液的成分和物化性能對電池的低溫性能有重要影響。電池在低溫下循環(huán)面臨的問題是電解液粘度會變大，離子傳導(dǎo)速度會變慢，導(dǎo)致外部電路電子遷移速度不匹配。因此，電池嚴重極化，充放電容量急劇下降。特別是低溫充電時，鋰離子容易在負極表面形成鋰枝晶，導(dǎo)致電池故障。
電解液的低溫性能與電解液本身的電導(dǎo)率密切相關(guān)。電導(dǎo)率大，電解液傳輸離子快，在低溫下可以發(fā)揮更多的容量。電解液中鋰鹽解離越多，遷移越多，電導(dǎo)率越高。電導(dǎo)率高，離子傳導(dǎo)速率越快，極化越小，電池在低溫下的性能越好。因此，高電導(dǎo)率是實現(xiàn)鋰電池良好低溫性能的必要條件。
電解液的電導(dǎo)率與電解液的成分有關(guān)，降低溶劑粘度是提高電解液電導(dǎo)率的途徑之一。溶劑在低溫下良好的流動性是離子運輸?shù)谋ＷC，低溫下電解液在負極形成的固體電解質(zhì)膜也是鋰離子傳導(dǎo)的關(guān)鍵，RSEI是鋰電池在低溫下的主要阻抗。
專家觀點2:限制鋰電池低溫性能的主要因素是Li+擴散阻抗在低溫下急劇增加，而不是SEI膜。
三、層狀結(jié)構(gòu)正極材料的低溫特性
層狀結(jié)構(gòu)不僅具有一維鋰離子擴散通道無法比擬的倍率性能，而且具有三維通道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，是最早的商用鋰電池正極材料。其代表物質(zhì)包括LiCoO2.Li(Co1-xNix)O2和Li(Ni、Co、Mn)O2。