锂电池容量会变低不耐用，为何锂电池“害怕”低温？

锂电池自进入市场以来，因其使用寿命长、比容量大、无记忆等优点，得到了广泛的应用。锂电池低温使用存在容量低、衰减严重、循环率差、析锂现象明显、脱嵌锂不平衡等问题。然而，随着应用领域的不断创新，锂电池低温性能差带来的制约更加明显。

据悉，锂电池在-20℃的放电容量仅为室温的31.5%左右。传统锂电池的工作温度为-20℃。——温度在55℃之间。但在航天工程、军工、电瓶车等领域，要求电池能够在-40℃正常运转。所以，提高锂电池的低温特性具有重要意义。

照片

制约锂电池低温性能的因素

1、电解液在低温下粘度增大，甚至部分凝结，导致锂电池导电性能下降。

2、电解液与负极、隔膜在低温下的相容性降低。

3、锂电池在低温下的负极沉淀严重，沉淀的金属锂与电解液反应，其产品沉积导致固体电解质界面。（SEI）薄厚增加。

4、锂电池在低温下的活性成分内扩散系统减少，电荷转移阻抗（Rct）显着增大。

探讨了影响锂电池低温性能的因素。

专家观点1:电解液对锂电池低温性能影响最大，电解液的成分和物化性能对电池低温性能有重要影响。电池在低温下循环面临的问题是电解液粘度会增加，离子传导速度会变慢，导致外部电路的电子迁移速度不匹配。因此，电池极化严重，充放电容量急剧下降。特别是低温充电时，锂离子容易在负极表面形成锂枝晶，导致电池失效。

电解液的低温性能与电解液本身的电导率密切相关。电导率高的电解液传输离子快，可以在低温下发挥更大的容量。电解液中的锂盐解离越多，转移越多，电导率越高。电导率高，离子传导速度越快，极化越小，低温下电池性能越好。因此，较高的电导率是实现锂离子电池良好低温性能的前提。

电解液的电导率与电解液的主要成分有关，降低溶剂粘度是提高电解液电导率的途径之一。离子运输保证了溶剂在低温下良好的流动性，负极电解液产生的固体电解质膜也是影响锂离子传导的关键，RSEI是低温环境下锂电池的主要阻抗。

专家观点二：限制锂电池低温性能的主要因素是Li在低温下急剧上升。与SEI膜相比，扩散阻抗。

锂离子电池正极材料的低温特性

1、层状结构正极材料的低温特性

层状结构不仅具有一维锂离子扩散通道无法比拟的倍率性能，而且具有三维通道结构的稳定性。它是最早的商用锂离子电池正极材料。其代表性物质包括LiCoO2、Li(Co1-xNix)O2和Li(Ni,Co,Mn)O2等。

以LiCoO2/MCMB为研究对象，谢晓华对其低温充放电特性进行了测试。数据显示，随着温度的降低，其放电平台从3.762V(0℃)降至3.207V(-30℃)；它的电池总容量也是78.98mA·h(0℃)骤降至68.55mA·h(-30℃)。

2、尖晶结构正极材料的低温特性

由于不含Co元素，尖晶石结构LiMn2O4正极材料具有成本低、无毒的优点。

但是，Mn的价格变化和Mn3Jahn-Teller效应导致该成分存在结构不稳定、可逆性差等问题。

彭正顺等人士指出，不同的制备工艺对LiMn2O4正极材料的电化学性能有很大的影响，例如：高温固相合成LiMn2O4的Rct明显高于溶胶凝胶合成，这种现象也体现在锂离子扩散系数上。归根结底，主要是因为不同的合成方法对产品的结晶度和形状有很大的影响。

3、磷酸盐系统正极材料的低温特性

LiFePO4因其优异的体积稳定性和安全性，与三元材料一起，成为目前动力电池正极材料的主体。磷酸铁锂低温性能差的根本原因是其材料本身是绝缘材料，电子导电率低，锂离子扩散性差，低温导电性差，导致电池内阻增加，极化影响大，电池充放电受阻，低温性能不理想。

在低温下研究LiFePO4的充放电行为时，谷亦杰等人发现，其库伦效率从55℃的100%下降到96%和-20℃的64%。；在55℃下，放电电压从3.11V下降到2.62V-20℃。

Xing等利用纳米碳对LiFePO4进行改性，发现加入纳米碳导电剂后，LiFePO4的电化学性能对温度的敏感度降低，低温性能提高；LiFePO4的放电电压从25℃下降到-25℃下降到3.09V，降幅仅为9.12%。；而且电池在-25℃时效率为57.3%，高于不含纳米碳导电剂的53.4%。

最近，LiMnPO4引起了人们的极大兴趣。研究表明，LiMnPO4电位高(4.1V)、无污染，价格低廉，比容量大(170mAh//g)等待优势。但是，由于LiMnPO4的离子电导率低于LiFePO4，所以在实践中经常使用Fe部分来代替Mn产生LiMn0.8Fe0。.固溶体2PO4。

锂离子电池负极材料的低温特性

锂电池负电池与正极材料相比，