通常來說，目前市面上絕大多數(shù)的電動汽車、甚至是電子數(shù)碼產(chǎn)品，使用的都是鋰電池，那么就先扒一扒，冬天的鋰電池怎么了。

 

先從原理說起。電動汽車上使用的主要鋰電池類型，磷酸鐵鋰、三元鋰和錳酸鋰三種主流的鋰電池，負(fù)極石墨材料為主。他們的基本反映原理是近似的，都是“搖椅式”電化學(xué)儲能過程。

 

鋰電池放電過程

 

如上圖所示。在充電過程中，由于電池外加端電壓的作用，正極集流體附近的電子在電場驅(qū)動下向負(fù)極運(yùn)動，到達(dá)負(fù)極后，與負(fù)極材料中的鋰離子結(jié)合，形成局部電中性存放在石墨間隙中；消耗了部分鋰離子的負(fù)極表面，鋰離子濃度變低，正極與負(fù)極之間形成離子濃度差。在濃差驅(qū)動下，正極材料中的鋰離子從材料內(nèi)部向正極表面運(yùn)動，并沿著電解質(zhì)，穿過隔膜，來到負(fù)極表面；進(jìn)一步在電勢驅(qū)動作用下，穿過SEI膜，向負(fù)極材料深處擴(kuò)散，與從外電路過來的電子相遇，局部顯示電中性滯留在負(fù)極材料內(nèi)部。放電過程則剛好相反，包含負(fù)載的回路閉合后，放電過程開始于電子從負(fù)極集流體流出，通過外電路到達(dá)正極；終于鋰離子嵌入正極材料，與外電路過來的電子結(jié)合。

 

負(fù)極石墨為層狀結(jié)構(gòu)，鋰離子的嵌入和脫出的方式，在不同類型的鋰離子中沒有太大差異。不同正極材料，其晶格結(jié)構(gòu)存在不同，充放電過程中的鋰離子擴(kuò)散進(jìn)出，過程略有不同。

 

放電過程中，鋰離子想要從負(fù)極來到正極，需要在一些動力的驅(qū)動下克服一些阻力才能實(shí)現(xiàn)。這些阻力包括，從負(fù)極結(jié)構(gòu)中擴(kuò)散出來要克服負(fù)極SEI膜阻抗；沿著電解液擴(kuò)散需要克服電解液傳導(dǎo)阻抗；穿越正負(fù)極之間的隔膜，需要克服隔膜阻抗；從電解液進(jìn)入正極，需要克服正極SEI膜（這個膜的結(jié)構(gòu)不是特別明顯）和材料內(nèi)部擴(kuò)散阻抗。

 

那么鋰離子克服這些阻力的動力哪里來？一方面來自于正負(fù)極材料電勢差，正極材料與負(fù)極材料的勢能差越大，電池表現(xiàn)出來的開路電壓越高，電池存儲的能量也就越多，這個屬性也是電池能夠放電的基本動力；另一方面，電解液中不同位置離子濃度的不同，驅(qū)動離子從高濃度位置向低濃度位置運(yùn)動，所謂濃差驅(qū)動。

 

這樣看來，只要我們明確，低溫是怎樣影響這些阻力和動力的，就能理解低溫對鋰電池性能的影響是怎么起作用的。

 

正極材料活性物質(zhì)，溫度越低，其活性越差，對外表現(xiàn)出電勢降低；正極鋰離子在材料內(nèi)部通道中的擴(kuò)散越困難，表現(xiàn)出阻抗增加；負(fù)極表面的SEI膜，是電解液與負(fù)極材料初次接觸時候形成的一層鈍化膜，它的存在保護(hù)了負(fù)極材料不會被電解液進(jìn)一步腐蝕，同時又能允許鋰離子進(jìn)入和脫出。當(dāng)溫度降低，鋰離子通過SEI膜也變得困難，表現(xiàn)為阻抗增加；電解液的活性，在低溫下同樣變差，離子在電解液中的擴(kuò)散能力降低。帶電離子的移動速率，宏觀上的表現(xiàn)就是電流值的大小。回想一下電流的定義：單位時間流過導(dǎo)體任意截面的電量。聯(lián)系到電荷移動速率與電流的關(guān)系，低溫使得電解液通過電流的能力降低了。而對電荷移動的阻礙，則表現(xiàn)為回路阻抗。溫度下降，電解液阻抗上升。

 

整體上看，在鋰電池這個體系里，電荷移動的不順暢，既表現(xiàn)為電勢降低，同時又表現(xiàn)為阻抗升高。電勢或者說電池的開路電壓，在一定溫度下，與電池內(nèi)部容納的能量有明確的對應(yīng)關(guān)系，那么電勢下降顯示了電池內(nèi)電能的減少。

 

上述解釋似乎顯得過于復(fù)雜，那么簡單總結(jié)下為何低溫下，電動汽車的續(xù)航里程少了？宏觀上，因?yàn)榈蜏厥沟娩囯姵氐目捎萌萘孔冃×?，同時內(nèi)阻變大了；微觀上，低溫一方面降低了鋰電池活性物質(zhì)放電的勢能，另一方面提高了系統(tǒng)放電阻力?？捎秒娏繙p小，行駛里程必然會減少，而電池內(nèi)阻的增加，又將一部分可用的電能直接轉(zhuǎn)化成歐姆熱浪費(fèi)掉了。兩方面因素綜合到一起，續(xù)駛里程必然明顯減小。

我們來說一個方案，暫且稱為“恒溫車庫法”。既然已經(jīng)驗(yàn)證電池怕冷，把車放在溫暖的地方不就行了？有位北方車主試驗(yàn)，將車開到看起來很高大上，其實(shí)也的確啥都買不起的高級商場，停好車時，車內(nèi)儀表盤顯示環(huán)境溫度為5℃，第二天準(zhǔn)備接它回家時，表現(xiàn)溫度變?yōu)?9℃，這溫度快趕上家里的熱炕頭了！試驗(yàn)效果不錯，16個小時續(xù)航和電量絲毫沒變。所以多花點(diǎn)錢放在溫暖的車庫還是值得的。哈哈，這只是一個不是建議的建議……

 

第二，這個方法切實(shí)可行，就是預(yù)熱，就是起動之前，先給電池加熱。當(dāng)然，你的車需要具備電池加熱功能才行。有數(shù)據(jù)顯示，一個預(yù)熱措施可以帶來如下水準(zhǔn)的里程提升：環(huán)境溫度零下20℃，無預(yù)熱，直接起動行駛，續(xù)駛里程是常溫里程的60%左右；采用預(yù)熱方案，續(xù)駛里程提高到常溫里程的90%。如果把動力電池自身作為電源，微小電流自加熱，除了消耗電量以外，還會帶來對電池本身壽命的傷害，是一種不太合理的加熱方式。

 

第三，看來“恒溫車庫”或者“預(yù)熱”都不太理想，如果你所在地區(qū)的溫度也只是在0℃左右，可以采取先小功率低速行駛一段時間，讓電池小電流放電行駛的同時給自己加熱。當(dāng)電池溫度超過15℃以后，就可以正常行駛了。

 

說到底就是不能讓電池的溫度太低。所以，在冬天出門之前做好行程規(guī)劃，出發(fā)前事先將充電插頭連接到汽車上，用外部的電量來為鋰電池恢復(fù)溫度。如果是家中有車庫的朋友來說就更方便了，每次回家就可以直接將充電樁與汽車連接，讓電動汽車時刻保持溫度。如果沒有任何保溫、預(yù)熱的條件，又在東北，安全第一，建議冬天就別開電動汽車了。