低溫環境下電池衰減的主要原因是：一是溫度低影響電池內阻小，熱擴散面積大，電池內阻增大。二是電池內外電荷轉移能力差，電池發生形變時會發生局部不可逆的極化作用。三是低溫時電解質分子運動緩慢而溫度上升時難以及時擴散。因此低溫電池衰減嚴重，導致電池性能衰減嚴重。

1、低溫電池技術現狀

在低溫下制備的鋰離子動力電池技術和材料性能要求很高。鋰離子動力電池低溫環境下性能衰減嚴重的原因是內阻增大，導致電解液擴散困難，電芯循環壽命縮短。因此近年來低溫動力電池技術研究取得了一定進展。傳統高溫鋰離子電池高溫性能較差，低溫條件下性能仍不穩定；低溫電芯體積大、容量低、低溫循環性能差；低溫時極化作用顯著強于高溫時；低溫時電解液粘度增加導致充放電循環次數減少；低溫下電芯安全性降低、電池壽命降低；低溫下使用性能下降。此外，低溫條件下電池循環壽命短而且低溫電芯存在安全隱患等問題，對動力電池安全性提出了新的要求。因此開發低溫環境下性能穩定、安全可靠、長壽命的動力電池材料是低溫鋰離子電池研究的重點。目前國內外主要有以下幾種低溫鋰離子電池材料:

• 金屬鋰負極材料：由于金屬鋰具有高化學穩定性、高導電性和低溫充放電性能良好等優點而被廣泛應用于電動汽車中;

• 碳負極材料在低溫下具有良好的耐熱性、低溫循環性能、低導電性、低溫循環壽命等優點而被廣泛應用于電動汽車中;

• 有機電解質在低溫下有較好性能;

• 聚合物電解質：聚合物分子鏈比較短、親和力高;

• 無機材料：無機聚合物具有良好性能參數（導電性）與電解質活性之間有較好配合力;

• 金屬氧化物較少;

• 無機物：無機聚合物等。

 2、低溫環境對鋰電池的影響

鋰電池的循環壽命主要取決于放電過程，而低溫則是鋰產品壽命中影響較大的因素。通常，低溫環境下，電池表面會發生相變引起表面結構破壞，同時伴隨著容量和電芯容量減少。高溫條件下，在電芯中生成氣體，會加速熱擴散；在低溫下，氣體無法及時排出，加速電池液相變；溫度越低，氣體產生越多，電池液相變越慢。因此，低溫條件下電池內部物質變化更加劇烈、復雜，電池材料內部更容易產生氣體和固體；同時，溫度過低時會導致負極材料與電解液相界面處發生不可逆的化學鍵斷裂等一系列破壞反應；還會導致電解液自組裝程度降低、循環壽命縮短；鋰離子電荷向電解液轉移能力下降；充放電過程中會引起鋰離子電荷轉移過程中極化現象、電池容量衰減、內部應力釋放等一系列連鎖反應，影響鋰離子電池循環壽命和能量密度等功能。低溫下溫度越低，電池表面氧化還原反應、熱擴散、電芯內部相變等各種破壞反應越劇烈、越復雜甚至完全破壞后又引發電解液自組裝、反應速度越慢、電池容量衰減越嚴重、鋰離子電荷在高溫下遷移能力越差等一系列連鎖反應。

3、低溫對鋰電池技術研究進展的展望

在低溫環境下，電池的安全性、循環壽命、電芯溫度穩定性都會受到影響，低溫對鋰電池壽命的影響不容忽視。目前采用隔膜、電解液、正負極材料等多種方式的低溫動力電池技術研發已經取得一定進展。在未來，低溫鋰電池技術研發應該從以下幾個方面進行改進:

• 開發出低溫下高能量密度、長壽命、低衰減、小尺寸、低成本的鋰電池材料體系;

• 通過結構設計和材料制備技術不斷提高電池內阻控制能力;

• 在開發高容量、低成本鋰電池體系時，應注意電解液添加劑、鋰離子與正負極界面及內部活性物質等關鍵因素影響;

• 提高電池循環性能（充放電比能量）、低溫環境下電池熱穩定性、低溫環境下鋰電池的安全性以及其他電池技術發展方向;

• 開發低溫條件下安全性能高、高成本、低成本動力電池體系方案;

• 開發出低溫電池相關產品并推廣應用;

• 開發高性能耐低溫電池材料及器件技術。

當然除了以上研究方向外，也有很多研究方向可以進一步改進低溫條件下電池性能、提高低溫電池能量密度、降低低溫環境下電池衰減、延長電池使用壽命等方面研究進展；但是更重要的問題是如何實現低溫條件下電池高性能、高安全、低成本、高續航里程、長壽命、低成本地商業化使用是目前研究需要重點突破并解決的問題。