一、開篇：極寒環(huán)境下的供電困境

2023年，中國南極科考隊某關鍵監(jiān)測設備在-45℃環(huán)境下突然斷電——這不是個例。

在極地、高海拔、寒帶地區(qū)，鋰電池“怕冷”是公認的技術難題：

l 當溫度降至-20℃以下，普通鋰電池容量保持率驟降至60%左右

l 降至-30℃，多數鋰電池無法正常放電

l 降至-40℃，電解液接近凝固，電池基本失效

l 低溫充電更是禁區(qū)——極易引發(fā)析鋰，導致內部短路甚至起火

然而，南極科考站的高空探測設備、青藏高原的通信基站、寒區(qū)的軍工裝備，都必須在極寒環(huán)境中可靠運行。

極端環(huán)境電源，成為這些領域的關鍵技術壁壘。

鉅大鋰電，一家23年專注定制鋰電池的國家級專精特新“小巨人”企業(yè)，將目光投向了這一難題。其特種電池研究院聯合中南大學、華南理工大學，歷時三年攻關，從材料、界面、結構三個維度，系統(tǒng)解決了鋰電池的低溫難題。

本文首次深度解析鉅大鋰電超低溫電池技術的研發(fā)路徑與技術突破，并通過南極科考真實案例，展示-50℃環(huán)境下鋰電池的實際表現，探討從極寒到高海拔等極端場景的電源解決方案。

二、技術挑戰(zhàn)：鋰電池為什么“怕冷”？

要理解鉅大低溫電池的技術突破，先要知道鋰電池在低溫下面臨的“三大殺手”：

2.1 電解液“凝固”

低溫下電解液粘度急劇增大，甚至部分凝固，鋰離子在正負極之間的移動速度變慢——如同人在泥沼中行走。這直接導致電池內阻飆升、容量驟降。

2.2 負極“析鋰”風險

低溫充電時，鋰離子來不及嵌入負極，在表面沉積形成“鋰枝晶”。輕則造成不可逆的容量衰減，重則刺穿隔膜引發(fā)內部短路——這是低溫充電最大的安全隱患。

2.3 內阻飆升

低溫下電池內阻可增加數倍，導致放電時電壓驟降。設備明明“有電”，卻因電壓不足而關機。

行業(yè)普遍困境：常規(guī)鋰電池在-20℃時容量保持率僅60%左右，-30℃時降至30%以下，-40℃時基本無法工作。而能夠實現-40℃充電的電池，更是鳳毛麟角。

三、技術突破：鉅大超低溫鋰電池的研發(fā)路徑

鉅大鋰電特種電池研究院聯合中南大學、華南理工大學，歷時三年攻關，從材料、界面、結構三個維度，系統(tǒng)解決了鋰電池的低溫難題。

3.1 突破一：特種電解液與隔膜體系——讓離子在-50℃也能“暢行”

技術路徑：

l 電解液優(yōu)化：引入低粘度溶劑體系，顯著降低電解液的凝固點；優(yōu)化鋰鹽濃度，在低溫下保持高解離度；添加功能性成膜添加劑，在負極表面形成薄而穩(wěn)定的SEI膜，降低鋰離子穿越阻抗。

l 隔膜創(chuàng)新：采用3D微納多孔聚合物電解質膜，提高離子透過率；結合聚合物復合陶瓷隔膜，增強低溫下結構穩(wěn)定性。

l 界面工程：在活性材料上采用石墨烯自組裝包覆技術，構建快速離子傳輸通道。

成果：

電解液在-50℃環(huán)境下仍保持良好流動性

離子電導率較常規(guī)電解液提升3倍以上

低溫下界面阻抗降低40%以上

3.2 突破二：負極材料改性——給鋰離子“預留高速通道”

技術路徑：

l 高嵌鋰電位負極基材：通過元素摻雜和表面修飾，提高負極材料的嵌鋰電位，降低低溫析鋰風險。

l 表面包覆技術：在負極材料表面構建快離子導體層，加速鋰離子嵌入/脫出。

l 粒徑優(yōu)化：優(yōu)化負極材料粒徑分布，縮短鋰離子擴散路徑。

成果：

-20℃環(huán)境下可正常充電，極限充電溫度可達-30℃

-40℃條件下，鋰離子嵌入效率提升40%

低溫循環(huán)300周后，電池膨脹率僅0.66%（常規(guī)電池20周膨脹率達9.4%）

SEM圖像顯示：-40℃循環(huán)10周后，負極SEI膜完好，無鋰枝晶產生

3.3 突破三：電芯結構優(yōu)化——從設計端降低內阻

技術路徑：

極片設計優(yōu)化：采用多極耳結構，縮短電子傳輸路徑，降低歐姆極化。

內外多層導熱結構：優(yōu)化電池內部熱分布，避免局部過熱或過冷，提高低溫一致性。

隔膜選型：選用低阻抗、高孔隙率隔膜，降低離子傳輸阻力。

電解液浸潤：優(yōu)化注液工藝，確保低溫下電解液充分浸潤極片。

成果：

l -40℃內阻增幅較常規(guī)電池降低35%

l 高倍率放電能力（5072100CL-3000mAh）：

• -40℃ 5C放電容量保持率≥90%

l 多倍率放電能力（654468CL-2000mAh）：

• -40℃ 0.2C放電≥90%

• -40℃ 1C放電≥80%

• -40℃ 2C放電≥70%

• -40℃ 3C放電≥75%

3.4 突破四：低溫可充放電技術——解決低溫充電難題

技術路徑：

負極材料改性：采用高嵌鋰電位負極基材，抑制低溫析鋰

電解液優(yōu)化：開發(fā)寬溫域電解液，支持低溫充電

SEI膜調控：構建薄而穩(wěn)定的SEI膜，降低低溫充電阻抗

成果（以104058-1500mAh為例）：

充電能力：常規(guī)充電溫度 -20℃~+45℃，極限充電溫度 -30℃~50℃

放電能力：常規(guī)放電溫度 -40℃~+55℃，極限放電溫度 -50℃~65℃

低溫循環(huán)：-20℃ 0.2C充放電循環(huán)300周，容量保持率≥90%

常溫循環(huán)：1C充放電循環(huán)1000周，容量保持率≥80%

循環(huán)后膨脹率：-20℃循環(huán)300周后，電池膨脹率僅0.66%（常規(guī)電池20周膨脹率達9.4%）

SEM驗證：-40℃循環(huán)10周后，負極SEI膜完好，無鋰枝晶產生

這一技術突破使得鉅大鋰電成為少數能夠實現-20℃低溫充電的廠家之一，解決了極寒環(huán)境下設備“有電充不進”的痛點。

四、鉅大低溫鋰電池關鍵數據驗證

經過國家權威機構檢測及第三方抽檢，鉅大超低溫18650電池的關鍵性能指標如下：

（注：以上數據基于鉅大鋰電內部測試及第三方抽檢，可提供詳細測試報告）

溫度-容量保持率曲線對比：

五、標桿案例深度復盤：南極科考

5.1 背景與挑戰(zhàn)

2023年，某南極科考站需為室外氣象監(jiān)測設備配備備用電源。

核心需求：

在-50℃極寒環(huán)境下，確保設備連續(xù)工作48小時

支持-40℃環(huán)境下充電（極夜期間設備回傳數據后需補電）

設備需長期戶外放置，無法人工干預

應對雪埋、強風等惡劣環(huán)境

極端挑戰(zhàn)：

當地冬季最低溫可達-50℃

極夜期間連續(xù)數月無光照，無法依賴太陽能

設備重量有限制，電池需兼顧容量與便攜

5.2 鉅大解決方案

基于超低溫技術平臺，鉅大為該科考站定制了12V/100Ah超低溫電池組：

5.3 實際表現

低溫放電測試（現場實測）：

-40℃至-50℃環(huán)境下，電池組以0.2C持續(xù)放電，連續(xù)供電52小時，超出預期

放電終止時，單節(jié)電芯電壓仍高于2.8V

低溫充電測試：

-40℃環(huán)境下，電池組以0.2C充電，充電效率達85%（行業(yè)內普遍無法在-30℃以下充電）

充電過程中BMS實時監(jiān)測電芯溫度，確保安全

長期可靠性：

經過兩個完整南極冬季（累計18個月）運行，電池組容量保持率仍＞85%

未出現任何安全故障

5.4 用戶反饋

“這是我們在南極使用過的唯一能在-50℃環(huán)境下穩(wěn)定充放電的國產鋰電池。之前的進口電池在-40℃以下也經常出問題，鉅大這塊電池的表現讓我們很驚喜。”

—— 南極科考站設備負責人

六、技術延展：從南極到更多極端場景

南極科考的成功，驗證了鉅大低溫技術的可靠性。基于同一技術平臺，鉅大已推出多系列低溫產品，滿足不同場景需求：

6.1 鉅大低溫鋰電池產品矩陣

6.2 鉅大低溫鋰電池應用領域拓展

七、技術展望：下一代極端環(huán)境電源

極端環(huán)境對鋰電池的考驗，從未停止。

鉅大鋰電正在研發(fā)的寬溫域固態(tài)電池，已取得階段性突破：

l 目標工作溫度：-60℃ ~ +100℃

l 關鍵技術：固態(tài)電解質（消除低溫電解液凝固問題）、界面工程

l 當前進展：已獲中國有色金屬工業(yè)科學技術獎二等獎，實驗室樣品在-60℃環(huán)境下放電容量保持率＞60%

l 預計量產：2026年小批量試產

該項目是鉅大與中南大學、華南理工大學產學研合作的成果，已申請發(fā)明專利8項。

八、結語

從南極科考到高原監(jiān)測，從寒區(qū)儲能到軍工裝備，極端環(huán)境對電源的要求日益嚴苛。

鉅大鋰電23年專注定制鋰電池，以扎實的技術積淀攻克低溫難關：

l -50℃超低溫放電

l -20℃低溫充電（極限-30℃）

l -40℃ 5C高倍率放電（容量保持率≥90%）

l 低溫循環(huán)超2000次

l 低溫循環(huán)300周膨脹率僅0.66%（常規(guī)電池20周達9.4%）

這些不是實驗室的極限數據，而是已在南極極寒環(huán)境中驗證的實戰(zhàn)能力。

作為國家級專精特新“小巨人”企業(yè)，鉅大鋰電將繼續(xù)深耕極端環(huán)境電源解決方案，讓設備在更嚴苛的環(huán)境中可靠運行。未來，隨著寬溫域固態(tài)電池等新一代技術的研發(fā)落地，鉅大鋰電將為極端環(huán)境供電帶來更多可能。

如果您也有極端環(huán)境下的供電難題，歡迎聯系鉅大鋰電，共同探討技術方案。

 market@juda.cn

 0769-2698 3348

 www.airmotors.net.cn

廣東省東莞市東城街道景怡路8號

附錄

作者簡介

本文由鉅大鋰電特種電池研究院撰寫。研究院現有教授級專家6人、工程師12人，與中南大學、華南理工大學聯合創(chuàng)辦，專注于低溫、防爆、高倍率等特種鋰電技術研究。

相關榮譽

2023年“苛刻溫度環(huán)境服役的鋰離子電池關鍵技術”獲中國有色金屬工業(yè)科學技術獎一等獎

2024年“寬溫域高安全固態(tài)電池關鍵技術研究及應用”獲中國有色金屬工業(yè)科學技術獎二等獎

延伸閱讀

鉅大鋰電低溫鋰電池技術專題

防爆鋰電池技術專題

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