鋰電池在低溫環(huán)境下使用受到限制，除了因為放電容量會(huì )嚴重衰退外，低溫下也不能對鋰電池進(jìn)行充電。在低溫充電時(shí)，電池石墨電極上的鋰離子的嵌入和鍍鋰反應是同時(shí)存在的且相互競爭。低溫條件下鋰離子在石墨中的擴散被抑制，電解液的導電率下降，從而導致嵌入速率降低而在石墨表面上會(huì )使鍍鋰反應更容易產(chǎn)生。鋰離子電池在低溫下使用時(shí)壽命下降的原因主要有內部阻抗的增加與鋰離子析出使容量衰減。

1. 低溫對鋰電池放電容量的影響

容量是鋰電池最重要的參數之一，它的大小隨著(zhù)溫度變化的曲線(xiàn)如下圖所示，下圖是一款磷酸鐵鋰電池的放電曲線(xiàn)。磷酸鐵鋰電池，充電終止電壓為3.65±0.05Ｖ，放電終止電壓為２±0.05Ｖ，兩條曲線(xiàn)，是電池分別按照0.1C和0.3C在不同溫度下進(jìn)行放電，得到的溫度容量曲線(xiàn)。非常明顯的，容量隨著(zhù)溫度的升高逐漸上升-20℃的容量只相當于15℃容量的60％左右。除了容量，隨著(zhù)溫度降低的還有電池開(kāi)路電壓。我們都知道，電池中包含能量是容量與端電壓的乘積，當兩個(gè)乘數都下降時(shí)，電池內的能量一定是兩者下降效果的疊加。
低溫下正極材料活性降低，使得能夠發(fā)生移動(dòng)帶來(lái)放電電流的鋰離子數量下降，是容量下降的根本原因。

不同溫度和放電倍率下鋰電池放電容量

2. 低溫對鋰電池壽命的影響

鋰離子電池的老化不僅取決于時(shí)間或循環(huán)次數，還取決于操作條件，即應力因素。深入分析包括溫度，充放電率，DOD和平均SOC在內的決定性應力因素的影響是延長(cháng)鋰離子電池壽命并確保其性能可靠性的先決條件。

溫度對鋰離子電池的循環(huán)老化速率有很大的影響。較低的溫度，由于強化的鋰單質(zhì)電鍍而降低循環(huán)壽命；過(guò)高的溫度，由于A(yíng)rrhenius驅動(dòng)的老化反應，而縮短電池壽命；因此鋰電池只有在適當的溫度下才能獲得最佳循環(huán)壽命。W aldmann7進(jìn)行了一次綜合實(shí)驗覆蓋溫度范圍從- 20℃至70℃，發(fā)現25℃是LixNi1/3Mn1/3Co1/3O2/LiyMn2O4混合陰極和石墨/碳陽(yáng)極的18650型獲得最長(cháng)電池循環(huán)壽命的最佳工作溫度。如其他研究工作所示，最佳循環(huán)溫度可能不是25℃。電池的類(lèi)型多種多樣，最佳循環(huán)溫度也不盡相同。Schuster等人研究獲得的最佳溫度在35℃，而B(niǎo)auer等檢測到最佳溫度是約17℃。溫度高于最佳循環(huán)溫度，加速固體電解質(zhì)界面（SEI）的形成，帶來(lái)快速的容量衰減和阻抗升高。在充電過(guò)程結束時(shí)較低的溫度有利于負極表面鍍鋰的形成。

3.低溫對鋰電池內阻的影響

鋰電池溫度與電阻的關(guān)系，如下圖所示。不同的曲線(xiàn)代表電池自身不同的荷電量。任何一個(gè)荷電量下，電池內阻都隨著(zhù)溫度的降低而明顯升高，荷電量越低的電芯，內阻越大，并且這個(gè)趨勢也隨著(zhù)溫度的變化而保持不變。
低溫下，正負極材料中，帶電離子的擴散運動(dòng)能力變差，穿越電極與電解液的鈍化膜變得困難，在電解液中傳遞的速度也降低，并且在傳遞過(guò)程中還會(huì )額外產(chǎn)生很多熱量。鋰離子到達負極以后，在負極材料內部的擴散也變得不順暢。全部的過(guò)程，帶電離子的運動(dòng)都變得困難重重，在外部看來(lái)，就是電芯的內阻升高了。

內阻與ＳＯＣ、溫度之間關(guān)系

4.低溫對鋰電池充放電效率的影響

下面的曲線(xiàn)，是充電效率跟隨溫度變換的曲線(xiàn)。我們可以觀(guān)察到，-20℃下的充電效率只有15℃時(shí)候的65%。這里只說(shuō)效率，低溫充電的危害非常嚴重，這里不展開(kāi)討論。低溫帶來(lái)了前文中描述的種種電化學(xué)層面性能的變化，內阻顯著(zhù)增加。放電過(guò)程中，大量的電能消耗在內阻發(fā)熱上面。我們觀(guān)察到的庫倫效率下降了。電動(dòng)汽車(chē)行駛過(guò)程中，就會(huì )感覺(jué)到，看起來(lái)差不多的電量，低溫下續航變短了。

充電效率隨溫度變化趨勢圖

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