从正负极材料看锂电池低温性能的改善

锂离子在碳负极材料中扩散动力学差是限制锂离子电池低温性能的主要原因。因此，在充电过程中，阳极的电化学极化明显增强，容易导致锂金属在阳极表面沉淀。

Luders等人结果表明，在-20℃时，当充电速率超过c/2时，锂在负极表面的析出量约为总充电容量的5.5%，而在1c时，锂的析出量可达9%。锂的析出可能进一步发展，最终形成锂枝晶。因此，当电池必须低温充电时，应尽量选择小电流对锂离子电池充电，充电后充分利用锂离子电池，以保证从负极析出的金属锂能与石墨发生反应，重新嵌入石墨中负极。

Zinth等人用中子衍射法详细研究了nmc111/石墨18650锂离子电池在-20℃低温下的析锂行为。如图2所示对电池进行充电和放电。图3显示了石墨阳极分别以c/30和c/5比率充电时的相变比较。

从正负极材料和电解液看锂电池低温性能的改善

贫锂相li1-xc18非常相似，差别主要体现在lic12和lic6的两相上。在充电初期，在两种充电比下，负电极的相变化趋势比较接近。在lic12阶段，当充电容量达到95mah时，变化趋势开始出现变化。当它达到1100mah时，lic12的两个相之间存在显著差异。c/当以30的小速率充电时，lic12相的下降速率很快，而当以c/5的比率充电时，lic12相的下降速率要慢得多，也就是说，由于锂在负极上的插层动力学条件较差，低温下锂进一步插层形成的lic6相的下降速率。相应地，lic6相的增长速度在c/30的小速率下非常快，但在c/5的比率下。更慢的是，这意味着在c/5速率下，石墨晶体结构中嵌入的锂较少，但在c/5速率下，电池的充电容量高于c/30速率。多余的锂没有嵌入石墨负极，很可能以锂金属的形式沉淀在石墨表面，充电后的静态过程也是从侧面来的。面对面的证据。

Zhang等人用eis法测量了石墨/锂半电池的阻抗参数re、rf和rct。它们都随着温度的降低而增加。re和rf的生长速率基本相同，但rct的生长速率较快。当温度降至-20℃时，rct已成为电池总阻抗的主要组成部分，说明温度的变化是引起电化学反应动力学变化的主要原因。低温性能恶化的主要因素。

选择合适的阳极材料是提高电池低温性能的关键。目前，低温性能的优化主要是通过表面处理、表面涂覆、掺杂来增加层间距和控制粒径。

1表面处理

表面处理包括表面氧化和氟化。表面处理可以减少石墨表面的活性中心，减少不可逆容量损失，产生更多的微纳米结构通道，有利于li+的输运和降低阻抗。

石墨的平均晶粒尺寸减小，碳层表面和边缘嵌锂量增加，石墨表面引入的纳米孔结构进一步增加了锂离子的存储空间。吴等人。在550℃下用5at%的氟气处理天然石墨，使材料的电化学性能和循环性能大大提高。

2表面涂层

表面涂层，如碳涂层和金属涂层，不仅可以避免阳极与电解液的直接接触，提高电解液与阳极的相容性，而且可以提高石墨的导电性，提供更多的嵌锂位点，降低不可逆容量。此外，软碳或硬碳材料的层间距大于石墨。在负极上涂一层软碳或硬碳材料有利于锂离子的扩散、还原。