锂离子电池低温性能

摘要：锂离子电池作为绿色环保能源已经广泛应用于各种领域，但是较差的低温性能使其

在航空、航天和军事等特殊领域的应用受到限制。一般，当温度降至一

℃时，锂离子蓄电

池的放电容量和工作电压都会降低。总结了影响锂离子蓄电池低温性能的主要因素。

锂离子蓄电池具有工作电压高、比能量高、充放电寿命长、自放电率低和无记忆效应等优点，
在全球二次电池市场占据主导地位，应用范围越来越广泛，包括便携式电子设备、工业应用
和电动工具等民用市场。在那些对电池电性能、可靠性、安全性要求较高的场合，比如航空、
航天和军事领域，锂离子蓄电池也将逐渐成为主角。但目前锂离子蓄电池的低温性能，特别
是在一

℃ 以下低温环境中的工作性能较差，抑制了其在特殊领域的应用。近年来，相关

机构对锂离子蓄电池的低温性能进行了研究

。本文对锂离子蓄电池低温性能的影响因素进

行了总结。

1 电解液对电池低温性能的影响

电解液是锂离子蓄电池的重要组成部分，在电池内部正、负极之问担负传递离子的作用，
一般采用溶有锂盐的非水有机溶剂混合物。碳酸乙烯酯

(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯

(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)等是目前几种广泛应用于锂离子蓄电池电解液

中的有机溶剂。电解液对低温性能的影响主要体现在其对电导率和固体电解质相界面

(SE[)

膜性质的影响，下面将一一介绍。

1．1 电导率

电导率是衡量电解液性能的一个重要参数，它决定了电极的内阻和倍率特性，较高的电

导率是实现锂离子蓄电池良好低温性能的必要条件。从有机溶剂方面来讲，影响电导率的主
要因素是溶剂的介电常数和粘度。溶剂介电常数越大，锂离子与阴离子间的静电作用力越弱，
锂盐就越容易离解，自由离子的数目增多。溶剂的粘度主要影响自由离子的迁移率，粘度越
大，迁移率越小，电导率越小；反之则相反。因此要求溶剂介电常数高，粘度低，要有适当

的液态温度范围

(熔点低，沸点高)，并且锂盐在其中的溶解度要高，以保证足够高的电导

率。环状碳酸酯

EC 具有较高的介电常数及沸点，但粘度及熔点也较高；而线性碳酸

I~(DMC、DEC、EMC)具有较低的粘度及熔点，但介电常数及沸点义较低。基于单一溶剂组分
的优点和不足，实际有机电解液往往采用

EC 与其它溶剂组成的二元及多元混合溶剂。通过

优化溶剂组分与相对量的配比，降低高熔点组分

EC 的含量并增加低粘度、低熔点组分(称为

低温共溶剂

)的含量，能有效提高电解液低温电导率，从而可达到改善锂离子蓄电池低温性

能的目的。如

Smart

⋯等人报道的电解液体系 1．0mol／LLiPFd fEC：DEC：DMC：

EMC)f1：1：1：3，体积比)，～40

℃的离子电导率可达到 1．32 mS•cm～l：电池在-20℃

循环

(1／10 C 充电，1／5 C 放电)可得到 80％的额定容量，且循环性能稳定；-40

℃ (1／15

C 充电。1／10 C 放电)循环可得到 70 的额定容量。L_F．Xiaol。等人报道的电解液体系 J．0
mol／L LiP f EC：DMC：EMC)(1：3：8，质量比 1，一 40。C，电池以 1／10 C 放电町得到
90 的常温容量。除线性碳酸酯外，由于线性烷基酯具有较低的熔点，低于常用的碳酸酯 20-
30

℃．通常被研究者作为电解液的低温共溶剂。如甲酸甲酯(MF，熔点一 99℃)l 3l、乙酸甲

酯

(MA，熔点～98

℃)_4_、乙酸乙酯(EA，熔点一 83℃)E4,51、丙酸乙酯(EP，熔点一 73℃ )

【

41、丁酸甲酯(MB，熔点一 84。C)[51 和丁酸乙酯(EB，熔点-93。C) 4l 等，住一定程度均可

以改善锂离子蓄电池的低温性能。