，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(chǎng)驅(qū)動(dòng)下向負(fù)極運(yùn)動(dòng)，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(dòng)下，正極材料中的鋰離子從材料內(nèi)部向正極表面運(yùn)動(dòng)，并沿著電解質(zhì)，穿過隔膜，來(lái)到負(fù)極表面；進(jìn)一步在電勢(shì)驅(qū)動(dòng)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(lái)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(lái)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(lái)到正極，需要在一些動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)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(lái)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(gè)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(dòng)力哪里來(lái)？一方面來(lái)自于正負(fù)極材料電勢(shì)差，正極材料與負(fù)極材料的勢(shì)能差越大，電池表現(xiàn)出來(lái)的開路電壓越高，電池存儲(chǔ)的能量也就越多，這個(gè)屬性也是電池能夠放電的基本動(dòng)力；另一方面，電解液中不同位置離子濃度的不同，驅(qū)動(dòng)離子從高濃度位置向低濃度位置運(yùn)動(dòng)，所謂濃差驅(qū)動(dòng)。

 

這樣看來(lái)，只要我們明確，低溫是怎樣影響這些阻力和動(dòng)力的，就能理解低溫對(duì)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(duì)外表現(xiàn)出電勢(shì)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(shí)候形成的一層鈍化膜，它的存在保護(hù)了負(fù)極材料不會(huì)被電解液進(jìn)一步腐蝕，同時(shí)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(dòng)速率，宏觀上的表現(xiàn)就是電流值的大小?；叵胍幌码娏鞯亩x：?jiǎn)挝粫r(shí)間流過導(dǎo)體任意截面的電量。聯(lián)系到電荷移動(dòng)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(duì)電荷移動(dòng)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(gè)體系里，電荷移動(dòng)的不順暢，既表現(xiàn)為電勢(shì)降低，同時(shí)又表現(xiàn)為阻抗升高。電勢(shì)或者說(shuō)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(duì)應(yīng)關(guān)系，那么電勢(shì)下降顯示了電池內(nèi)電能的減少。

 

鋰離子電池中的電解質(zhì)溶液在電池正負(fù)極之間傳導(dǎo)離子，為電池供電。此類溶液中必不可少的一個(gè)成分是碳酸乙烯酯，該成分有助于形成保護(hù)層，防止電解質(zhì)成分在與陽(yáng)極接觸時(shí)進(jìn)一步分解。但是，碳酸乙烯酯的熔點(diǎn)很高，限制了其在低溫下的表現(xiàn)。

 

針對(duì)此問題，美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)（American Chemical Society）研究人員采用了新電解質(zhì)解決了這一問題。用碳酸丙烯酯取代部分碳酸乙烯酯，并且添加六氟磷酸鹽，以擴(kuò)大鋰離子電池的工作溫度范圍。研究人員希望未來(lái)能進(jìn)一步擴(kuò)大溫度范圍，以讓鋰離子電池能夠在零下40攝氏度至60攝氏度工作。