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锂离子电池自从进入市场以来，以其寿命长、比容量大、无记忆效应等优点，获得了广泛的应用。锂离子电池低温使用存在容量低、衰减严重、循环倍率性能差、析锂现象明显、脱嵌锂不平衡等问题。然而，随着应用领域不断拓展，锂离子电池的低温性能低劣带来的制约愈加明显。

据报道，在-20℃时锂离子电池放电容量只有室温时的31.5%左右。传统锂离子电池工作温度在-20~+55℃之间。但是在航空航天、军工、电动车等领域，要求电池能在-40℃正常工作。因此，改善锂离子电池低温性质具有重大意义。

制约锂离子电池低温性能的因素

（1）低温环境下，电解液的黏度增大，甚至部分凝固，导致锂离子电池的导电率下降。
（2）低温环境下，电解液与负极、隔膜之间的相容性变差。
（3）低温环境下，锂离子电池负极析出锂严重，并且锂与电解液反应，其产物沉积导致固态电解质界面（SEI）厚度增加。
（4）低温环境下，锂离子电池在活性物质内部扩散系统降低，电荷转移阻抗（Rct）显著增大。

电解液的低温性能与电解液自身电导率的大小关系密切，电导率大电解液的传输离子快，低温下可以发挥出更多的容量。电解液中的锂盐解离的越多，迁移数目就越多，电导率就越高。电导率高，离子传导速率越快，所受极化就越小，在低温下电池的性能表现越好。因此较高的电导率是实现锂离子蓄电池良好低温性能的必要条件。

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，既拥有一维锂离子扩散通道所不可比拟的倍率性能，又拥有三维通道的结构稳定性，是最早商用的锂离子电池正极材料。其代表性物质有LiCoO2、Li(Co1-xNix)O2和Li(Ni,Co,Mn)O2等。

(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，故而具有成本低、无毒性的优势。然而，Mn价态多变和Mn3+的Jahn-Teller效应，导致该组分存在着结构不稳定和可逆性差等问题。

(3)磷酸盐体系正极材料的低温特性:  LiFePO4因绝佳的体积稳定性和安全性，和三元材料一起，成为目前动力电池正极材料的主体。磷酸铁锂低温性能差主要是因为其材料本身为绝缘体，电子导电率低，锂离子扩散性差，低温下导电性差，使得电池内阻增加，所受极化影响大，电池充放电受阻，因此低温性能不理想。

锂离子电池负极材料的低温特性

相对于正极材料而言，锂离子电池负极材料的低温恶化现象更为严重，主要有以下3个原因：

（1）低温大倍率充放电时电池极化严重，负极表面金属锂大量沉积，且金属锂与电解液的反应产物一般不具有导电性；
（2）从热力学角度，电解液中含有大量C–O、C–N等极性基团，能与负极材料反应，所形成的SEI膜更易受低温影响；
（3）碳负极在低温下嵌锂困难，存在充放电不对称性。

低温电解液的研究

除电池组成本身外，在实际操作中的工艺因素，也会对电池性能产生很大影响。

(1)制备工艺，就容量保持率而言，电极荷载越小，涂覆层越薄，其低温性能越好。
(2)充放电状态，放电深度较大时，会引起较大的容量损失，且降低循环寿命。
(3)其它因素，电极的表面积、孔径、电极密度、电极与电解液的润湿性及隔膜等，均影响着锂离子电池的低温性能。

总结

为保证锂离子电池的低温性能，需要做好以下几点：

(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，研究中发现另一类锂离子电池——全固态锂离子电池。相较常规的锂离子电池而言，全固态薄膜锂离子电池，有望彻底解决电池在低温下使用的容量衰减问题和循环安全问题。

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