冬天的锂电池到底怎么了？为什么行驶续航会减少？
来源：宝鄂实业
2019-08-02 21:04
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通常来说，目前市面上绝大多数的电动汽车、甚至是电子数码产品，使用的都是锂电池，那么就先扒一扒，冬天的锂电池怎么了。
先从原理说起。电动汽车上使用的主要锂电池类型，磷酸铁锂、三元锂和锰酸锂三种主流的锂电池，负极石墨材料为主。他们的基本反映原理是近似的，都是“摇椅式”电化学储能过程。
锂电池放电过程
如上图所示。在充电过程中，由于电池外加端电压的作用，正极集流体附近的电子在电场驱动下向负极运动，到达负极后，与负极材料中的锂离子结合，形成局部电中性存放在石墨间隙中；消耗了部分锂离子的负极表面，锂离子浓度变低，正极与负极之间形成离子浓度差。在浓差驱动下，正极材料中的锂离子从材料内部向正极表面运动，并沿着电解质，穿过隔膜，来到负极表面；进一步在电势驱动作用下，穿过SEI膜，向负极材料深处扩散，与从外电路过来的电子相遇，局部显示电中性滞留在负极材料内部。放电过程则刚好相反，包含负载的回路闭合后，放电过程开始于电子从负极集流体流出，通过外电路到达正极；终于锂离子嵌入正极材料，与外电路过来的电子结合。
负极石墨为层状结构，锂离子的嵌入和脱出的方式，在不同类型的锂离子中没有太大差异。不同正极材料，其晶格结构存在不同，充放电过程中的锂离子扩散进出，过程略有不同。
放电过程中，锂离子想要从负极来到正极，需要在一些动力的驱动下克服一些阻力才能实现。这些阻力包括，从负极结构中扩散出来要克服负极SEI膜阻抗；沿着电解液扩散需要克服电解液传导阻抗；穿越正负极之间的隔膜，需要克服隔膜阻抗；从电解液进入正极，需要克服正极SEI膜（这个膜的结构不是特别明显）和材料内部扩散阻抗。
那么锂离子克服这些阻力的动力哪里来？一方面来自于正负极材料电势差，正极材料与负极材料的势能差越大，电池表现出来的开路电压越高，电池存储的能量也就越多，这个属性也是电池能够放电的基本动力；另一方面，电解液中不同位置离子浓度的不同，驱动离子从高浓度位置向低浓度位置运动，所谓浓差驱动。
这样看来，只要我们明确，低温是怎样影响这些阻力和动力的，就能理解低温对锂电池性能的影响是怎么起作用的。
正极材料活性物质，温度越低，其活性越差，对外表现出电势降低；正极锂离子在材料内部通道中的扩散越困难，表现出阻抗增加；负极表面的SEI膜，是电解液与负极材料初次接触时候形成的一层钝化膜，它的存在保护了负极材料不会被电解液进一步腐蚀，同时又能允许锂离子进入和脱出。当温度降低，锂离子通过SEI膜也变得困难，表现为阻抗增加；电解液的活性，在低温下同样变差，离子在电解液中的扩散能力降低。带电离子的移动速率，宏观上的表现就是电流值的大小。回想一下电流的定义：单位时间流过导体任意截面的电量。联系到电荷移动速率与电流的关系，低温使得电解液通过电流的能力降低了。而对电荷移动的阻碍，则表现为回路阻抗。温度下降，电解液阻抗上升。
整体上看，在锂电池这个体系里，电荷移动的不顺畅，既表现为电势降低，同时又表现为阻抗升高。电势或者说电池的开路电压，在一定温度下，与电池内部容纳的能量有明确的对应关系，那么电势下降显示了电池内电能的减少。
