冬季電動汽車的電池壽命明顯下降，一輛普通的電動汽車，即使不打開空調(diào)，100公里的耗電量也會達到15kWh以上，用戶體驗并不理想。從微觀上看，低溫降低了正極和負極數(shù)據(jù)的活度，降低了電解質(zhì)的電導率。在微觀尺度上，出現(xiàn)了容量減小、內(nèi)阻增大、放電功率減小等一系列結(jié)果。

鋰離子電池在低溫環(huán)境下的使用是有限的，除了放電能力會比較嚴重外，低溫下無法對鋰離子電池進行充電。在低溫充電過程中，鋰離子在電池石墨電極上的插層與鋰離子鍍層的反應(yīng)相互競爭，共同存在。低溫時，鋰離子在石墨中的分散受到抑制，電解質(zhì)的電導率下降，導致包埋率下降。低溫下鋰離子電池壽命下降的重要原因是鋰離子內(nèi)部阻抗的新增和鋰離子的析出引起的容量衰減。

1.低溫對電池放電容量的影響

容量是鋰離子電池最重要的參數(shù)之一。其尺寸隨溫度變化曲線如圖所示。下圖是磷酸鐵鋰離子電池的放電曲線。磷酸鐵鋰離子電池的充電終止電壓為3.65±0.05v，放電終止電壓為2±0.05v。這兩條曲線是電池在不同溫度下放電的溫度容量曲線，分別為0.1c和0.3c。值得注意的是，容量隨著溫度的升高而逐漸增大。20℃的容量僅相當于15℃容量的60%左右。除容量外，電池開路電壓隨溫度降低。我們都了解，電池中包含的能量是容量和終端電壓的乘積，當兩個倍率都下降時，電池中的能量必然是這兩個下降效應(yīng)的疊加。

低溫下正極數(shù)據(jù)活度的降低導致鋰離子數(shù)量的減少，鋰離子運動出現(xiàn)放電電流，這是容量降低的根本原因。

電池在不同溫度和放電速率下的放電容量

2.低溫對電池內(nèi)阻的影響

鋰離子電池的溫度與電阻的關(guān)系如下圖所示。不同的曲線代表了電池本身不同的電量。在任何充電情況下，電池的內(nèi)阻隨溫度的降低而顯著增大。電荷越少，內(nèi)阻越大，這種趨勢也會隨著溫度的變化而持續(xù)下去。

在較低的溫度下，正負金屬猜測，帶電離子的彌散會變得更差，通過電極和電解質(zhì)鈍化膜變得困難，在電解質(zhì)的傳輸速度也降低了，而且在傳輸過程中還會額定出大量的熱攻擊。到達負極后，鋰離子在負極數(shù)據(jù)中的彌散不均勻。隨著這一過程的進行，帶電離子的運動變得更加困難，從外部看，細胞的內(nèi)阻新增了。

內(nèi)阻、SOC與溫度的關(guān)系

3.低溫對電池充放電功率的影響

下面的曲線是充電功率隨溫度變化的曲線。我們可以觀察到-20℃時的充電功率僅為15℃時的65%。這里是電源，低溫充電損壞很嚴重，這里就不討論了。低溫使電化學層功能發(fā)生變化，內(nèi)阻明顯增大。在放電過程中，大量電能消耗在內(nèi)阻熱中。我們觀察到的庫侖功率減小了。在駕駛電動汽車的過程中，你會覺得電池充電的樣子很相似，在低溫下的續(xù)航時間更短。