隨著鋰離子電池在電動汽車及軍工領(lǐng)域應(yīng)用的迅速發(fā)展，其低溫性能不能適應(yīng)特殊低溫天氣或極端環(huán)境的缺點也愈發(fā)明顯。低溫條件下，鋰離子電池的有效放電容量和有效放電能量都會有明顯的下降，同時其在低于－10℃的環(huán)境下幾乎不可充電，這嚴(yán)重制約著鋰離子電池的應(yīng)用。

 

在所有的環(huán)境因素中，溫度對電池的充放電性能影響最大，鋰電池在電極/電解液界面上的電化學(xué)反應(yīng)與環(huán)境溫度有關(guān)。低溫下電解液的粘度降低、導(dǎo)電性下降，活性物質(zhì)的活性也會降低、會使電解液的濃度差變大，極化增強，使充電提前終止。更重要的是鋰離子在碳負(fù)極的擴散速度會更慢，溫度下降，電極的反應(yīng)速率也下降。

 

 

鋰離子電池在低溫條件下工作，電池的容量急劇下降且極化增強，在低溫條件下，鋰離子難于嵌入負(fù)極中而相對較易從負(fù)極中脫出，因此導(dǎo)致容量的下降，而電池的放極化變化則與低溫時電解液的電導(dǎo)率下降，鋰離子在電極中的擴散速度下降及其在充電過程中由于金屬鋰的沉積在負(fù)極表面形成新的SEI膜導(dǎo)致阻抗增大等因素有關(guān)。

 

低溫環(huán)境下對鋰離子電池充電或使用前必須對電池進(jìn)行預(yù)加熱。電動汽車車載的電池管理系統(tǒng)對電池加熱的方式大體可分外部加熱與內(nèi)部加熱兩大類。這些加熱方式一般位于電池包中，或者設(shè)置在熱循環(huán)介質(zhì)的容器中。內(nèi)部加熱法加熱電池，則是通過交流電流激勵電池內(nèi)部電化學(xué)物質(zhì)，使電池本身產(chǎn)生熱量。

 

制約鋰離子電池低溫性能的因素：1、正極材料的三維結(jié)構(gòu)制約著鋰離子的擴散速率，不同正極材料具有不同的三維結(jié)構(gòu)，低溫下影響尤其明顯；2、低溫下電解液與負(fù)極、隔膜之間相容性變差；電解液黏度增大，甚至部分凝固，導(dǎo)致離子電導(dǎo)率低；3、低溫下鋰離子在活性物質(zhì)內(nèi)部擴散系數(shù)降低，電荷轉(zhuǎn)移阻抗顯著增大；4、低溫環(huán)境下鋰離子電池負(fù)極的SEI膜增厚，SEI膜阻抗增大導(dǎo)致鋰離子在SEI膜中的傳導(dǎo)速率降低；5、低溫下負(fù)極析鋰嚴(yán)重，且析出的金屬鋰與電解液反應(yīng)，其產(chǎn)物沉積導(dǎo)致固態(tài)電解質(zhì)界面厚度增加。

 

面對低溫下鋰電池使用受限的局面，應(yīng)對策略是充電預(yù)熱，雖然是權(quán)宜之計但對提高鋰電池的低溫性能有著明顯的效果。較常規(guī)的鋰離子電池而言，全固態(tài)鋰離子電池尤其是全固態(tài)薄膜鋰離子電池，有望徹底解決電池在低溫下使用的容量衰減問題和循環(huán)安全問題。