鋰離子在碳負(fù)極材料中擴(kuò)散動力學(xué)差是限制鋰離子電池低溫性能的主要原因。因此，在充電過程中，陽極的電化學(xué)極化明顯增強(qiáng)，容易導(dǎo)致鋰金屬在陽極表面沉淀。

Luders等人結(jié)果表明，在-20℃時(shí)，當(dāng)充電速率超過c/2時(shí)，鋰在負(fù)極表面的析出量約為總充電容量的5.5%，而在1c時(shí)，鋰的析出量可達(dá)9%。鋰的析出可能進(jìn)一步發(fā)展，最終形成鋰枝晶。因此，當(dāng)電池必須低溫充電時(shí)，應(yīng)盡量選擇小電流對鋰離子電池充電，充電后充分利用鋰離子電池，以保證從負(fù)極析出的金屬鋰能與石墨發(fā)生反應(yīng)，重新嵌入石墨中負(fù)極。

Zinth等人用中子衍射法詳細(xì)研究了nmc111/石墨18650鋰離子電池在-20℃低溫下的析鋰行為。如圖2所示對電池進(jìn)行充電和放電。圖3顯示了石墨陽極分別以c/30和c/5比率充電時(shí)的相變比較。

從正負(fù)極材料和電解液看鋰電池低溫性能的改善

貧鋰相l(xiāng)i1-xc18非常相似，差別主要體現(xiàn)在lic12和lic6的兩相上。在充電初期，在兩種充電比下，負(fù)電極的相變化趨勢比較接近。在lic12階段，當(dāng)充電容量達(dá)到95mah時(shí)，變化趨勢開始出現(xiàn)變化。當(dāng)它達(dá)到1100mah時(shí)，lic12的兩個(gè)相之間存在顯著差異。c/當(dāng)以30的小速率充電時(shí)，lic12相的下降速率很快，而當(dāng)以c/5的比率充電時(shí)，lic12相的下降速率要慢得多，也就是說，由于鋰在負(fù)極上的插層動力學(xué)條件較差，低溫下鋰進(jìn)一步插層形成的lic6相的下降速率。相應(yīng)地，lic6相的增長速度在c/30的小速率下非?？?，但在c/5的比率下。更慢的是，這意味著在c/5速率下，石墨晶體結(jié)構(gòu)中嵌入的鋰較少，但在c/5速率下，電池的充電容量高于c/30速率。多余的鋰沒有嵌入石墨負(fù)極，很可能以鋰金屬的形式沉淀在石墨表面，充電后的靜態(tài)過程也是從側(cè)面來的。面對面的證據(jù)。

Zhang等人用eis法測量了石墨/鋰半電池的阻抗參數(shù)re、rf和rct。它們都隨著溫度的降低而增加。re和rf的生長速率基本相同，但rct的生長速率較快。當(dāng)溫度降至-20℃時(shí)，rct已成為電池總阻抗的主要組成部分，說明溫度的變化是引起電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)變化的主要原因。低溫性能惡化的主要因素。

選擇合適的陽極材料是提高電池低溫性能的關(guān)鍵。目前，低溫性能的優(yōu)化主要是通過表面處理、表面涂覆、摻雜來增加層間距和控制粒徑。

1表面處理

表面處理包括表面氧化和氟化。表面處理可以減少石墨表面的活性中心，減少不可逆容量損失，產(chǎn)生更多的微納米結(jié)構(gòu)通道，有利于li+的輸運(yùn)和降低阻抗。

石墨的平均晶粒尺寸減小，碳層表面和邊緣嵌鋰量增加，石墨表面引入的納米孔結(jié)構(gòu)進(jìn)一步增加了鋰離子的存儲空間。吳等人。在550℃下用5at%的氟氣處理天然石墨，使材料的電化學(xué)性能和循環(huán)性能大大提高。

2表面涂層

表面涂層，如碳涂層和金屬涂層，不僅可以避免陽極與電解液的直接接觸，提高電解液與陽極的相容性，而且可以提高石墨的導(dǎo)電性，提供更多的嵌鋰位點(diǎn)，降低不可逆容量。此外，軟碳或硬碳材料的層間距大于石墨。在負(fù)極上涂一層軟碳或硬碳材料有利于鋰離子的擴(kuò)散、還原。