锂电池低温为什么不能充电？低温循环会出现什么问题？

第一步是了解锂电池的组成和反应过程

锂离子电池的正极一般为三元（NCM）、磷酸铁锂（LFP）和钴酸锂（LCO），负极为石墨（Gr）。在充放电过程中，包括电化学反应和带电颗粒的传质。充电时，锂离子通过电解质隔膜从正极晶格出来到负极，嵌入石墨固层。放电时，可以理解为从石墨负极固层出来，再回到正极晶格。

第二步，分析“为什么锂离子在低温下，不能充电？”

因为在低温下，正负极材料晶格收缩，电荷转移和固相扩散变慢，Li离子难以嵌入和嵌入，同时在电解质中扩散，导致电极表面区域和电解质中的Li离子减少，使电极极极化变大（关于极化解释，请阅读文章——锂电池放电后检测V1，静态一段时间后，再次测量V2，为什么V2大于V1？）。此外，在低温条件下，锂电池的欧姆内阻也会变大。

在充电过程中，检测端读取的电压V测量涵盖了V真实性、V极化和VVΩ，在电池管理系统中，根据V测量判断电池是否充满（即V测量达到一定值后，充电结束）。在低温环境下，VΩ增加，V极化增加，当V测量达到结束电压值时，V真实性仍处于较小的值。充电结束后，电池电压大幅下降，检测到的电压为V真实，在实际应用中表现为低温充电不满。

第三步，分析“锂电池在低温下循环后，为什么会出现不可逆的容量损失？”

能力永久性的降低被认为是材料不可逆结构的破坏和活性成分(尤其是循环锂)的永久损失。

在低温下，电池容量损失的来源有：

1.锂分析及锂枝晶生长:

低温充电时，一方面电化学反应和固态扩散缓慢，另一方面材料晶格收缩，锂离子挤压到石墨层会直接在负极表面电子进入金属锂，进入转换反应（反应电位低于插入反应，可理解为难以发生，但插入反应物质扩散困难，促进低温下转换反应）。低温锂分析的不均匀生长容易形成锂枝晶体，大锂枝晶体会穿透隔膜，甚至导致功能故障。

在放电过程中，沉积在负极表面的金属锂与电解质之间的反应速率也会下降。锂单质离集流体越近，溶解率越高，顶部锂失去与负极的连接，导致“死锂”，这部分锂将是永久不可逆转的损失。

2.?SEI膜变厚：

锂离子电池负极材料的锂电位往往低于有机电解质的恢复和分解电位，因此会形成钝化层，即SEI膜。SEI膜的产生贯穿于电池的使用。

在低温下，SEI膜阻力增大，导致负极电位偏移到低电位，产生更多极化，使锂更容易沉淀，锂金属沉淀将促进电极表面电位保持在较低水平，让有机电解质继续分解产生SEI膜，锂沉淀和电解质分解形成恶性循环，促进电池活性LI离子越来越少。

3.?局部晶格破坏电极材料。

低温下收缩的晶格被强力嵌入，容易对正负极材料内部的局部晶格造成损伤，无法自行修复。

4.?电解液的极化分解。

在低温环境下，电化学极化和浓度极化严重，在电极/电解质界面容易发生副作用，导致电解质分解；此外，在SEI膜变厚过程中，有机电解质的分解也是不可逆转的损坏。

结论：在低温下，材料的不可逆结构损伤和活性成分（特别是循环锂）的永久损失，导致锂离子电池的容量无法恢复，即使电池在适当的环境中使用，即使用小电流充放电。

还有两个问题：

1.既然锂电池在低温下使用会对锂电池产生很大的影响，那么在低温下保持锂电池静态是否可以防止电池的不可逆损坏呢？

锂电池老化机制主要有两种：日历老化和循环老化。循环老化是一个动态充放电过程，日历老化是静态非使用和储存过程中的老化。日历老化主要受温度和SOC（锂离子在负极石墨中储存了多少）的影响：在高温和高SOC下，电极/电解质界面的稳定性降低，副作用增加——正极金属离子溶解、氧沉淀、电解质分解、负极表面SEI膜变厚。因此，低温可以在一定程度上抑制日历老化。也就是说，在不使用期间，如果不讨论冷应力（热膨胀和冷收缩）造成的机器损坏，低温条件本身不会导致锂电池的不可逆转损失。

2.在低温下使用锂电池时应注意什么？

当锂电池在低温下充电时，由于动态条件的下降，不仅会导致电池功率的下降，而且由于石墨锂嵌入率的降低，而且在负极表面沉淀金属锂，通过小电流充电，可以降低锂沉淀水平。此外，经过一段时间的搁置，沉淀的金属锂也可以再次嵌入石墨中，所以充电后最好静置一段时间。

这篇文章是电池人阅读材料后的总结，所以感谢前辈的研究，为后来者的学习提供了便利！

“我相信科技的困难会一步一步地被打破，因为我们站在巨人的肩膀上，努力成为巨人。”