鋰離子電池重要由正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液組成。處于低溫環(huán)境的鋰離子電池存在著放電電壓平臺下降、放電容量低、容量衰減快、倍率性能差等特點(diǎn)。制約鋰離子電池低溫性能的因素重要有以下幾點(diǎn)：

◆正極結(jié)構(gòu)

正極材料的三維結(jié)構(gòu)制約著鋰離子的擴(kuò)散速率，低溫下影響尤其明顯。鋰離子電池的正極材料包括商品化的磷酸鐵鋰、鎳鈷錳三元材料、錳酸鋰、鈷酸鋰等，也包括處于開發(fā)階段的高電壓正極材料如鎳錳酸鋰、磷酸鐵錳鋰、磷酸釩鋰等。

不同正極材料具有不同的三維結(jié)構(gòu)，目前用作電動汽車動力鋰電池的正極材料重要是磷酸鐵鋰、鎳鈷錳三元材料和錳酸鋰。

吳文迪等研究了磷酸亞鐵鋰離子電池與鎳鈷錳三元電池在－20℃的放電性能，發(fā)現(xiàn)磷酸鐵鋰離子電池在－20℃的放電容量只能達(dá)到常溫容量的67.38％，而鎳鈷錳三元電池能夠達(dá)到70.1％。杜曉莉等發(fā)現(xiàn)錳酸鋰離子電池在－20℃的放電容量可以達(dá)到常溫容量的83％。

◆高熔點(diǎn)溶劑

由于電解液混合溶劑中存在高熔點(diǎn)溶劑，鋰離子電池電解液在低溫環(huán)境下黏度增大，當(dāng)溫度過低時會發(fā)生電解液凝固現(xiàn)象，導(dǎo)致鋰離子在電解液中傳輸速率降低。

◆鋰離子擴(kuò)散速率

低溫環(huán)境下鋰離子在石墨負(fù)極中的擴(kuò)散速率降低。向宇系統(tǒng)研究了石墨負(fù)極對鋰離子電池低溫放電性能的影響，提出低溫環(huán)境下鋰離子電池的電荷遷移阻抗增大，導(dǎo)致鋰離子在石墨負(fù)極中的擴(kuò)散速率降低是影響鋰離子電池低溫性能的重要原因。

◆SEI膜

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，最終鋰離子電池在低溫環(huán)境下充放電形成極化降低充放電效率。

總結(jié)

目前多因素影響著鋰離子電池的低溫性能，如正極的結(jié)構(gòu)、鋰離子在電池各部分的遷移速率、SEI膜的厚度及化學(xué)成分以及電解液中鋰鹽和溶劑的選擇等。

低溫性能限制了鋰離子電池在電動汽車領(lǐng)域、特種領(lǐng)域及極端環(huán)境中的應(yīng)用，開發(fā)低溫性能優(yōu)異的鋰離子電池是市場的迫切需求。在一些寒冷的地區(qū)，也有消費(fèi)者反映，給鋰離子電池充電的時候，發(fā)現(xiàn)充不進(jìn)去。這其實(shí)是因?yàn)殡姵毓芾硐到y(tǒng)對產(chǎn)品的一種保護(hù)措施。由于在負(fù)極上嵌套的鋰離子會出現(xiàn)離子結(jié)晶，直接刺穿隔膜，在一般情況下容易造成微短路，影響壽命和性能，嚴(yán)重的話會出現(xiàn)爆炸等現(xiàn)象，所以干脆讓它充不進(jìn)去，作為一種保護(hù)。氣溫比較低時，蓄電池當(dāng)中的電跑哪里去了？雖然了解自己的蓄電池已經(jīng)充滿電了，但是溫度比較低的時候，電池在放電的過程中電壓會大幅度降低。低溫放電會比平常更快的到達(dá)放電截止電壓，從而造成低溫放電容量明顯低于常溫的容量。鋰離子電池，它在低溫下的容量并非消失不見了，只是無法在正常的電壓范圍內(nèi)全部放出。在電壓比較低的情況下，已經(jīng)無法保持點(diǎn)擊正常使用，所以達(dá)到下限電壓。電池就不會再放電了。