18650低温电池的特性及优点

面对低温下锂电池使用受限的局面，技术人员找到的应对策略是充电预热，虽然是权宜之计，但对提高锂电池的放电能力和长期寿命都有明显效果。

低温环境下对锂电池充电或使用前，必须对电池进行预加热。电动汽车车载的电池管理系统(BMS)对电池加热的方式大体可分外部加热与内部加热两大类。外部加热方式有空气加热、液体加热、相变材料加热，以及热阻加热器或者热泵加热。这些加热方式一般位于电池包中，或者设置在热循环介质的容器中。内部加热法加热电池，则是通过交流电流激励电池内部电化学物质，使电池本身产生热量。

外部加热

关于用空气加热的方式，有研究人员利用电池与一套大气模拟系统进行了实验，实验结果表明，相对于裸露在低温环境中的电池，周围空气被加热的电池能够放出更多的容量。

比起空气加热，液体加热具有更好的导热率与更高的热转化效率。但是液体加热需要更复杂的加热系统。液体加热在电动汽车与混合动力汽车中的应用已经有不少实际案例。比如：在雪佛兰 Volt 汽车中，环绕电池组热交换液，由360V的加热器加热。

相变材料加热电池也已经被使用。当电池温度降到相变材料的相变温度点之后，相变材料储存的热量会被释放出来，保持环境温度恒定，也就是向电池组传递热量。相变材料的主要优势在于其可以用在温度变化较迅速的环境中。

内部加热

交流激励加热，相比于外部加热来说，另外一种常用的加热方法，结构设计上会比较简单，就是通过交变的电流加热电池。它不需要进行传热结构的设计，只是在电池正负极加载一定频率的交流激励，激励作用在电池内部电化学物质上，相当于循环往复小幅值充放电的效果。

与直流加热电流相比，交流电流或正负方波电流在放电和充电周期内都可以加热电池，使得电池温度上升，而电池荷电状态(SOC)基本上是不变的。由于这些特性，交流内部预热方法成为一个研究较多的领域。2004 年，国外一个研究者率先提出使用交变的电流直接对锂离子电池加热，仅仅利用电池内部的电阻效应产热。他们对不同的SOC 状态下和不同温度下（-20℃~40℃）的不同的电池做了一些测试。测试结果表明，在一定倍率的电流下，所有电池都会快速产热。

业内企业及科研机构对电池耐低温性能的探索和攻关，多着眼于对现有正负极材料的工艺改进，以及通过提高电池的局部环境温度为电池在低温下工作创造条件。

现在的电池材料在走向纳米化，材料的粒径、电阻力、AB平面轴长大小三方面会影响电池的低温特性。沃特玛通过三种工艺制备磷酸铁锂材料，采用不同的工艺将其纳米化和进行包覆，结果显示，AB面轴长的增大使锂离子迁移通道变大，这有利于提高电池的倍率性能；从三种工艺生产的材料来看，层间距大的颗粒石墨，本体阻抗和离子迁移阻抗比较小；电解液方面，沃特玛在固定溶剂体系和锂盐基础上，使用低温添加剂，将放电容量从85%提高到90%。据了解，早在2016年底时，沃特玛已经实现-20、-30、-40℃的环境里下，0.5C充电恒流比达62.9%，-20℃实现放电94%。目前，沃特玛的低温电池已经在内蒙古、东北三省等地区大范围推广。

8月31日，北京理工大学等科研团队宣布全气候电池产品研发成功。技术人员利用金属丝通电生热的原理，在电芯上加装镍箔片，镍箔片通电产生热量，使电池内部温度升高。达到一定温度后，箔片会自动断开以保障电池安全。据了解，在-30℃的实验环境，应用这项技术的电池，30秒即能快速升温至0℃以上，放电功率提高6倍以上，充电功率则提高10倍以上。该团队相关人员表示，该技术并不改变电池原有结构，且改造成本极低，适用于铅酸电池、锂电池等各类电池。据电池中国网了解，采用该技术的全气候电动汽车将于2017年12月底发布，预计2020年完成4种车型共11辆产品样车的开发，并开始示范运行。

据媒体报道，在9月20日落幕的2017年“创客中国”新疆创新创业大赛上，中科院新疆理化所博士王磊领衔开发的“全气候锂电池”夺得创客组一等奖，这种锂电池可在-40℃~60℃的环境中稳定工作。目前，该团队已完成了各种高低温条件下的产品测试工作，即将进入商业化产品生产阶段。

2017年9月19日，70辆搭载微宏MpCO锂电池的12米气电混合动力公交车正式在内蒙古包头上线。该地区最低气温在-30℃以下，最高气温可达39℃，包头选用微宏快充电池系统，正是考虑到微宏快充电池优异的环境适应性。

山东威能是一家专业从事军用低温磷酸铁锂电池的研发、生产的高新技术企业，与中科院化学所合作研发、生产的磷酸铁锂电池低温性能实现重大突破，在低温-40℃能够放出额定容量的90%以上。

此外，鹏辉能源的动力电池可以在-20~60℃的环境中使用，不需要加热和冷却系统。桑顿新能源三元耐低温性能有了较大提高，电芯可在-20℃环境下正常放电，可以满足很多整车企业的需求。

为何充电比放电更需要温度？

细心的读者可能会发现，许多企业的电池产品能够实现低温下正常放电，但在同样的温度下，实现正常充电就比较吃力，甚至无法充电，为何？

据业内人士解释，Li+嵌入石墨材料时，首先要去溶剂化，这个过程会消耗一定能量，阻碍了Li+扩散到石墨内部；相反，Li+在脱出石墨材料进入到溶液中时，会有一个溶剂化过程，而溶剂化不消耗能量，Li+可以快速脱出石墨。因此，石墨材料的充电接受能力要明显逊色于放电接受能力。

低温环境下，电池充电有一定的风险。因为随着温度的降低，石墨负极的动力学特性进步一变差，充电过程中，负极的电化学极化明显加剧，析出的金属锂容易形成锂枝晶，穿破隔膜并导致正负极短路。

因此业内人士建议，尽量避免锂离子电池在低温下充电。当电池必须在低温下充电时，需要尽可能选择小电流（即慢充）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。