锂离子电池为什么在低温条件下性能变差？如何改善电池的低温性能？

目前，研究者们对造成锂离子电池低温性能差的主要因素尚有争论，但究其原因有以下3个方面的因素：

1.低温下电解液的粘度增大，电导率降低；

2.电解液/电极界面膜阻抗和电荷转移阻抗增大；

3.锂离子在活性物质本体中的迁移速率降低.由此造成低温下电极极化加剧，充放电容量减小。
 

本文从正极材料、电解液和负极材料3个方面系统地探讨了锂离子电池低温性能的主要影响因素，并提出改善锂离子电池低温性能的有效方法。

一、正极材料

正极材料是制造锂离子电池关键材料之一，其性能直接影响电池的各项指标，而材料的结构对锂离子电池的低温性能具有重要的影响。
 

二、电解液

电解液作为锂离子电池的重要组成部分，不仅决定了Li+在液相中的迁移速率，同时还参与SEI膜形成，对SEI膜性能起着关键性的作用。低温下电解液的黏度增大，电导率降低，SEI膜阻抗增大，与正负极材料间的相容性变差，极大恶化了电池的能量密度、循环性能等。

目前，通过电解液改善低温性能有以下两种途径：

1.通过优化溶剂组成，使用新型电解质盐等途径来提高电解液的低温电导率；

2.使用新型添加剂改善SEI膜的性质，使其有利于Li+在低温下传导。

 

三、负极材料

锂离子在碳负极材料中的扩散动力学条件变差是限制锂离子电池低温性能的主要原因，因此在充电的过程中负极的电化学极化明显加剧，很容易导致负极表面析出金属锂。

Luders等研究显示，在-20°C下，充电倍率超过C/2就会显著地增加金属锂的析出量，在C/2倍率下，负极表面析锂量约为整个充电容量的5.5%，但是在1C倍率下将达到9%，析出的金属锂可能会进一步发展，最终成为锂枝晶。因此，当电池必须在低温下充电时，需要尽可能选择小电流对锂离子电池进行充电，并在充电后对锂离子电池进行充分的搁置，从而保证负极析出的金属锂能够与石墨反应，重新嵌入到石墨负极内部。