低溫環(huán)境下電池衰減的主要原因是：一是溫度低影響電池內(nèi)阻小，熱擴散面積大，電池內(nèi)阻增大。二是電池內(nèi)外電荷轉(zhuǎn)移能力差，電池發(fā)生形變時會發(fā)生局部不可逆的極化作用。三是低溫時電解質(zhì)分子運動緩慢而溫度上升時難以及時擴散。因此低溫電池衰減嚴重，導致電池性能衰減嚴重。

1、低溫電池技術現(xiàn)狀

在低溫下制備的鋰離子動力電池技術和材料性能要求很高。鋰離子動力電池低溫環(huán)境下性能衰減嚴重的原因是內(nèi)阻增大，導致電解液擴散困難，電芯循環(huán)壽命縮短。因此近年來低溫動力電池技術研究取得了一定進展。傳統(tǒng)高溫鋰離子電池高溫性能較差，低溫條件下性能仍不穩(wěn)定；低溫電芯體積大、容量低、低溫循環(huán)性能差；低溫時極化作用顯著強于高溫時；低溫時電解液粘度增加導致充放電循環(huán)次數(shù)減少；低溫下電芯安全性降低、電池壽命降低；低溫下使用性能下降。此外，低溫條件下電池循環(huán)壽命短而且低溫電芯存在安全隱患等問題，對動力電池安全性提出了新的要求。因此開發(fā)低溫環(huán)境下性能穩(wěn)定、安全可靠、長壽命的動力電池材料是低溫鋰離子電池研究的重點。目前國內(nèi)外主要有以下幾種低溫鋰離子電池材料:

• 金屬鋰負極材料：由于金屬鋰具有高化學穩(wěn)定性、高導電性和低溫充放電性能良好等優(yōu)點而被廣泛應用于電動汽車中;

• 碳負極材料在低溫下具有良好的耐熱性、低溫循環(huán)性能、低導電性、低溫循環(huán)壽命等優(yōu)點而被廣泛應用于電動汽車中;

• 有機電解質(zhì)在低溫下有較好性能;

• 聚合物電解質(zhì)：聚合物分子鏈比較短、親和力高;

• 無機材料：無機聚合物具有良好性能參數(shù)（導電性）與電解質(zhì)活性之間有較好配合力;

• 金屬氧化物較少;

• 無機物：無機聚合物等。

 2、低溫環(huán)境對鋰電池的影響

鋰電池的循環(huán)壽命主要取決于放電過程，而低溫則是鋰產(chǎn)品壽命中影響較大的因素。通常，低溫環(huán)境下，電池表面會發(fā)生相變引起表面結(jié)構破壞，同時伴隨著容量和電芯容量減少。高溫條件下，在電芯中生成氣體，會加速熱擴散；在低溫下，氣體無法及時排出，加速電池液相變；溫度越低，氣體產(chǎn)生越多，電池液相變越慢。因此，低溫條件下電池內(nèi)部物質(zhì)變化更加劇烈、復雜，電池材料內(nèi)部更容易產(chǎn)生氣體和固體；同時，溫度過低時會導致負極材料與電解液相界面處發(fā)生不可逆的化學鍵斷裂等一系列破壞反應；還會導致電解液自組裝程度降低、循環(huán)壽命縮短；鋰離子電荷向電解液轉(zhuǎn)移能力下降；充放電過程中會引起鋰離子電荷轉(zhuǎn)移過程中極化現(xiàn)象、電池容量衰減、內(nèi)部應力釋放等一系列連鎖反應，影響鋰離子電池循環(huán)壽命和能量密度等功能。低溫下溫度越低，電池表面氧化還原反應、熱擴散、電芯內(nèi)部相變等各種破壞反應越劇烈、越復雜甚至完全破壞后又引發(fā)電解液自組裝、反應速度越慢、電池容量衰減越嚴重、鋰離子電荷在高溫下遷移能力越差等一系列連鎖反應。

3、低溫對鋰電池技術研究進展的展望

在低溫環(huán)境下，電池的安全性、循環(huán)壽命、電芯溫度穩(wěn)定性都會受到影響，低溫對鋰電池壽命的影響不容忽視。目前采用隔膜、電解液、正負極材料等多種方式的低溫動力電池技術研發(fā)已經(jīng)取得一定進展。在未來，低溫鋰電池技術研發(fā)應該從以下幾個方面進行改進:

• 開發(fā)出低溫下高能量密度、長壽命、低衰減、小尺寸、低成本的鋰電池材料體系;

• 通過結(jié)構設計和材料制備技術不斷提高電池內(nèi)阻控制能力;

• 在開發(fā)高容量、低成本鋰電池體系時，應注意電解液添加劑、鋰離子與正負極界面及內(nèi)部活性物質(zhì)等關鍵因素影響;

• 提高電池循環(huán)性能（充放電比能量）、低溫環(huán)境下電池熱穩(wěn)定性、低溫環(huán)境下鋰電池的安全性以及其他電池技術發(fā)展方向;

• 開發(fā)低溫條件下安全性能高、高成本、低成本動力電池體系方案;

• 開發(fā)出低溫電池相關產(chǎn)品并推廣應用;

• 開發(fā)高性能耐低溫電池材料及器件技術。

當然除了以上研究方向外，也有很多研究方向可以進一步改進低溫條件下電池性能、提高低溫電池能量密度、降低低溫環(huán)境下電池衰減、延長電池使用壽命等方面研究進展；但是更重要的問題是如何實現(xiàn)低溫條件下電池高性能、高安全、低成本、高續(xù)航里程、長壽命、低成本地商業(yè)化使用是目前研究需要重點突破并解決的問題。