鋰離子電池低溫技術知多少？（一）——表現篇

引言：

轉眼之間，冬天來了。在目前這個“你在北方穿棉襖，我在廣東吹空調”的節骨眼上，聊一聊鋰離子電池的低溫技術或許再合適不過了。

對于鋰離子電池而言，不論是國標還是企標，對放電的下限溫度都有著嚴格的限制：不低于-20℃。而對于充電溫度而言，則不僅會像放電一樣規定最低溫度，甚至明確規定低溫下只能小倍率充電、且不能滿充（例如0~15度時只能0.2C充電，且上限電壓是4.0V），生怕用戶越雷池半步。那么問題來了，本來用戶需要的是一個高低溫性能皆要兼顧的全能戰士，但為什么鋰電廠家卻要定下這些苛刻的限制呢？

讓我們首先從鋰離子電池低溫下的表現說起。對于相同倍率下的放電，當外界溫度越低時，鋰離子電池的放電電壓就會越低。如下圖所示：

從圖中可以看出，當溫度降低時，電池放電電壓也大幅降低，這樣電池在低溫放電時就會更快的到達放電截止電壓，從而造成低溫放電容量明顯低于常溫容量。需要向大家說明的是，鋰離子電池低溫下的容量并非消失了，而只是無法在正常電壓范圍（≥3.0V）內全部放出而已，如果可以將放電截止電壓繼續下延，那就可以將剩余的容量放出。但問題是過低的電壓已經無法保持用電設備的正常使用，因此過低的下限電壓（＜2.5V）一般沒有太多的討論意義。

相對于低溫放電，鋰離子電池低溫充電的表現則更加不盡如人意，首先，低溫下的充電會快速達到恒壓階段、并會一定程度上降低充電容量、同時增加充電時間，如下圖所示：

不僅如此，鋰離子電池在低溫充電時，鋰離子可能來不及嵌入石墨負極當中，從而析出在負極表面形成金屬鋰枝晶，這一反應會消耗電池中的可以反復充放電的鋰離子、并大幅降低電池容量，析出的金屬鋰枝晶也可能會刺穿隔膜，從而影響安全性能。低溫充電后鋰離子電池負極表面析鋰的圖片如下：

知識窗口：

鋰離子電池低溫放電容量會降低，但是經過常溫充放電后可以恢復，是可逆的容量損失；但是低溫充電會造成析鋰，是永久性的容量損失。

由于低溫充電析鋰的危害更大，因此鋰離子電池的低溫充電要比低溫放電管控的更嚴。目前很多電池廠都會用“階梯充電”的方式描述鋰離子電池的充電條件，下面是一個類似的例子：

上面階梯充電的描述雖然對客戶來說有點“坑”，但是卻是目前電池廠常用的一類規避低溫充電析鋰的方法，

下面該向大家做一個總結了。由于鋰離子電池在低溫放電時的電壓平臺更低，因此會造成低溫下放電容量的明顯降低，但是這種損失會隨著常溫充放電的進行而自動彌補，屬于可逆的損失。但是對于低溫充電而言，溫度過低或者倍率過大都會造成電芯不可逆的形成鋰枝晶和不可逆的容量損失，并影響電池的安全性能。

結語：

鋰離子電池的低溫表現就向大家介紹到這里，當然我們更關心的是：為什么會有這種現象發生？又該如何去進行改善？對應的內容，請各位繼續關注《低溫技術知多少？》的后續篇章。