低溫對鋰電池容量、壽（shòu）命、內阻和充放電效率（lǜ）的影響

鋰（lǐ）電池（chí）在低溫環境下（xià）使用受（shòu）到限製，除了（le）因為放（fàng）電容量會嚴重衰退外，低溫下也不能對鋰電池（chí）進行充電。在低溫充電時，電池石墨電極上的鋰離（lí）子的嵌入和鍍（dù）鋰反應是同時（shí）存在的且相互競爭。低溫（wēn）條（tiáo）件（jiàn）下鋰離（lí）子在（zài）石墨中的擴散被抑（yì）製（zhì），電解液的導電（diàn）率下（xià）降，從而導（dǎo）致（zhì）嵌入（rù）速率降低而在石（shí）墨（mò）表麵上會使鍍（dù）鋰反應更容易產生。鋰離子電池在（zài）低溫下使用時壽命（mìng）下（xià）降的原因主要有內（nèi）部阻抗的增加與鋰離子析出使（shǐ）容（róng）量衰減（jiǎn）。

1. 低溫對鋰電池放電容量（liàng）的影響

容量是鋰電池最重要的參數之一，它（tā）的（de）大小隨著溫度變化的曲線如（rú）下圖所示，下圖是（shì）一款磷（lín）酸鐵鋰電池（chí）的（de）放電曲線。磷（lín）酸鐵鋰電池，充電（diàn）終止電壓（yā）為3.65±0.05Ｖ，放電終止電壓為２±0.05Ｖ，兩條曲（qǔ）線（xiàn），是電池分別按（àn）照0.1C和0.3C在不同溫度下（xià）進行（háng）放電，得到的溫度容量曲線。非常（cháng）明顯的（de），容量（liàng）隨（suí）著溫度的升高逐（zhú）漸上升-20℃的容（róng）量隻相當於15℃容量的（de）60％左右（yòu）。除了容量，隨著溫度降低的還有電池開路電壓。我們都知（zhī）道，電池中（zhōng）包含能量是容量與端電壓的乘積，當兩個（gè）乘數都（dōu）下降時，電池內（nèi）的能量（liàng）一定是兩者下降（jiàng）效果（guǒ）的疊加。
低（dī）溫下正極材料（liào）活性降低，使得能（néng）夠發生移動帶來放電電流的（de）鋰離子數（shù）量下（xià）降，是容量（liàng）下降（jiàng）的根本原因。

不同溫度和（hé）放電倍率下（xià）鋰（lǐ）電（diàn）池放電容量

2. 低溫對鋰電池壽命的影響（xiǎng）

鋰離子電池的老化（huà）不僅取決於時間或循環次數，還取（qǔ）決於操作條件，即（jí）應力因素。深（shēn）入（rù）分（fèn）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鋰（lǐ）離（lí）子（zǐ）電池壽命並確保（bǎo）其性（xìng）能可靠性的（de）先決條件。

溫度對鋰離子電（diàn）池的循環（huán）老化（huà）速率有很大的影響。較低（dī）的溫度，由於強化（huà）的（de）鋰單質電鍍而（ér）降低循（xún）環壽命；過高的溫度，由於Arrhenius驅動的老化反應，而縮短電池壽命；因此鋰（lǐ）電池隻有在適當的溫度下才能獲得最佳循環壽命。W aldmann7進行了一次綜合實驗（yàn）覆蓋溫度範圍（wéi）從（cóng）- 20℃至（zhì）70℃，發現25℃是LixNi1/3Mn1/3Co1/3O2/LiyMn2O4混合陰極和石墨/碳（tàn）陽極的18650型獲得（dé）最長電池循環壽（shòu）命的最佳工作溫度。如其他研（yán）究工作所示，最佳循（xún）環溫度可能（néng）不是25℃。電池的類型多（duō）種多樣（yàng），最佳循環（huán）溫度（dù）也（yě）不盡相（xiàng）同。Schuster等人研究獲（huò）得的（de）最佳溫度在35℃，而Bauer等（děng）檢測到最佳（jiā）溫度是約（yuē）17℃。溫度高（gāo）於最佳循環溫度，加速固體電（diàn）解質界麵（SEI）的（de）形成（chéng），帶來（lái）快速的容量衰減和阻抗（kàng）升（shēng）高（gāo）。在充電過程結束時較低的溫度有利（lì）於（yú）負極表麵鍍鋰的形成。

3.低溫（wēn）對鋰電（diàn）池內阻（zǔ）的（de）影響

鋰電池溫度與電阻的（de）關係，如（rú）下圖所示。不同的曲線代（dài）表（biǎo）電（diàn）池自身不同的荷電量。任何一個荷電（diàn）量下，電（diàn）池內阻都隨著溫度的降低（dī）而明顯升高，荷電量越低的電芯，內阻越（yuè）大，並（bìng）且這（zhè）個（gè）趨勢也隨著溫（wēn）度（dù）的變化而保（bǎo）持不變。
低（dī）溫下（xià），正負（fù）極（jí）材料中，帶電（diàn）離子的擴散運（yùn）動（dòng）能（néng）力變（biàn）差，穿越電極與電解（jiě）液的（de）鈍化膜變得困難，在（zài）電解液中傳遞的速度（dù）也（yě）降低，並且在傳遞過程中還會額外產生很（hěn）多熱（rè）量。鋰離子到達負極以（yǐ）後，在負極（jí）材料（liào）內部的擴散也變得不（bú）順（shùn）暢（chàng）。全部（bù）的過程，帶（dài）電離子的運（yùn）動都（dōu）變得困難重重，在外部（bù）看來，就是電芯的內阻升高了（le）。

內阻與ＳＯＣ、溫度之間關（guān）係

4.低（dī）溫對鋰電池充放電（diàn）效（xiào）率的影響

下（xià）麵的曲線，是充電效率跟隨溫度變換的曲線。我（wǒ）們可以（yǐ）觀（guān）察到，-20℃下的充（chōng）電效率隻有15℃時候的65%。這裏（lǐ）隻說效率，低溫（wēn）充電的危害非常嚴重（chóng），這裏不展開（kāi）討論。低溫（wēn）帶來了（le）前文中（zhōng）描述的種種電化學層（céng）麵性（xìng）能的變化（huà），內阻顯（xiǎn）著增（zēng）加。放（fàng）電過程中，大量（liàng）的電能（néng）消耗在內阻發熱上麵。我們（men）觀察到的庫倫效率（lǜ）下降了。電動汽車（chē）行（háng）駛（shǐ）過程中，就會感（gǎn）覺到，看起（qǐ）來差不多的電量，低（dī）溫下續航變短了。

充電效（xiào）率隨溫度變化趨勢圖（tú）

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