文/大壮

编辑/大壮

一、锂离子电池低温电解液的挑战

在低温环境下，锂离子电池的电极反应速率下降，导致电池容量衰减。这是由于低温下电解质的离子传导性能下降，电极表面活性物质的反应活性降低等原因引起的。

(资料图片)

锂离子扩散速率降低：低温条件下，电解液的粘度增加，离子扩散速率减慢。这导致锂离子在电解液中的传输受到限制，减少了锂离子的储存和释放速率，从而降低了电池的有效容量。

电化学反应活性降低：在低温下，电极材料和电解液的化学反应速率降低。电池的放电和充电过程中的电化学反应需要在电极表面发生，而低温条件下电化学反应的活性降低，限制了电池中活性物质的储存和释放能力。

锂离子插入/脱嵌效率下降：低温环境下，电极材料的锂离子插入和脱嵌效率降低。插入和脱嵌过程中的电荷转移速率减慢，使得电池的循环稳定性下降，容量衰减加剧。锂金属枝晶生长：在低温下，锂离子电池负极表面可能会形成锂金属枝晶。这些枝晶的生长会导致电池内部短路和安全问题，并进一步减少电池的可用容量。

低温环境下，电解液的电导率降低，导致电池内部电阻增加，限制了离子的迁移速度。这进一步影响了锂离子电池的放电性能和充电速率。电解液的粘度增加：低温环境下，电解液的粘度会显著增加。粘度的增加会导致离子在电解液中的扩散速率减慢，从而降低了电解液的电导率。

离子溶剂配对的形成：在锂离子电池的电解液中，锂离子通常与溶剂分子形成配对。在低温下，配对的形成会变得更加稳定，导致锂离子与溶剂分子结合更紧密，从而减慢离子的迁移速率。

盐溶解度的降低：某些锂盐在低温下的溶解度会显著降低，导致离子浓度减小，进而降低了电解液的电导率。

离子与电解质溶剂的相互作用：在低温环境下，离子与电解质溶剂之间的相互作用会变得更加强烈。这些相互作用可以减少溶剂分子的流动性，从而降低电解液的电导率。

在低温下，锂离子电池中的锂金属枝晶会在负极表面生长，导致电池的短路和安全问题。这主要是由于低温下电解质的电导率下降和锂离子在负极表面的不均匀沉积引起的。

低温下离子迁移速率减慢：在低温环境下，电池内部离子迁移速率减慢，导致离子在负极表面或界面上的沉积过程变得不均匀。这不均匀的沉积会促使锂金属以枝晶的形式生长。

界面失稳性增加：低温条件下，电池内部的电解液和电极材料之间的界面失稳性增加。这种失稳性会导致电解液中的锂离子聚集在负极表面，并形成锂金属枝晶。

电解液成分和配方：电解液中的添加剂和盐类组分会影响锂金属枝晶的生长。不适当的添加剂和盐类组分可能导致电解液在低温下的不稳定性，从而促进锂金属枝晶的形成。