【導讀】隨著(zhù)鋰離子電池在電動(dòng)汽車(chē)及軍工領(lǐng)域應用的迅速發(fā)展，其低溫性能不能適應特殊低溫天氣或極端環(huán)境的缺點(diǎn)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(huì )有明顯的下降，同時(shí)其在低于－10℃的環(huán)境下幾乎不可充電，這嚴重制約著(zhù)鋰離子電池的應用。
鋰離子電池主要由正極材料、負極材料、隔膜、電解液組成。處于低溫環(huán)境的鋰離子電池存在著(zhù)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主要有以下幾點(diǎn)：
◆正極結構
正極材料的三維結構制約著(zhù)鋰離子的擴散速率，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(kāi)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構，目前用作電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池的正極材料主要是磷酸鐵鋰、鎳鈷錳三元材料和錳酸鋰。吳文迪等研究了磷酸亞鐵鋰電池與鎳鈷錳三元電池在－20℃的放電性能，發(fā)現磷酸鐵鋰電池在－20℃的放電容量只能達到常溫容量的67.38％，而鎳鈷錳三元電池能夠達到70.1％。杜曉莉等發(fā)現錳酸鋰電池在－20℃的放電容量可以達到常溫容量的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，當溫度過(guò)低時(shí)會(huì )發(fā)生電解液凝固現象，導致鋰離子在電解液中傳輸速率降低。
◆鋰離子擴散速率
低溫環(huán)境下鋰離子在石墨負極中的擴散速率降低。向宇系統研究了石墨負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，導致鋰離子在石墨負極中的擴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，鋰離子電池負極的SEI膜增厚，SEI膜阻抗增大導致鋰離子在SEI膜中的傳導速率降低，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
目前多因素影響著(zhù)鋰離子電池的低溫性能，如正極的結構、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(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域、軍工領(lǐng)域及極端環(huán)境中的應用，開(kāi)發(fā)低溫性能優(yōu)異的鋰離子電池是市場(chǎng)的迫切需求。
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