温度为什么对电池寿命至关重要？电池也要冬暖夏凉！

为什么电动汽车在快速充电前会加热电池，而在巡航时却运行冷却系统？为什么电动汽车在寒冷的冬季会损失续航里程？温度对于电池是一个不容忽视的影响因子，贯穿电池的整个生命周期。
锂离子电池通过将锂原子在两极（电极）之间移动来存储能量：在电池充电时，锂原子从正极移动到负极。当电池放电时，锂原子反向移动，从负极到正极，释放出能量。
可以把这个过程想象成滑板在山坡上下滚动。你用力将它推上坡的一侧，而当它滚下另一侧时，它携带着你输入的能量。然而，这个过程并不是完全高效的，因为滑板上还作用着其他力，如摩擦力和风阻，它们会消耗能量并减缓滑板的速度。

和滑板类似，有很多因素会影响你从锂离子电池中获得的能量，其中关键因素之一就是温度。而温度对不同电池类型的影响是不同的。

1.低温对锂电池的影响

在传统的锂离子电池中，锂原子通过接触两个电极的液体电解质移动。这种液体电解质优化了锂离子在电池内及正负极之间的移动。当电池温度升高时，锂离子移动得更加容易；可以把它想象成吃冰淇淋的情景，温度越高，冰淇淋越好咬动。准确的描述方式是电池的电阻—电阻越低，锂离子的移动就越容易。
在低温（通常低于0°C）下，电池的电阻会增加，限制电池能够提供的功率，并锁住一些储存的能量。寒冷的电池也无法快速充电，锂离子是嵌入到石墨的层状结构中，材料会因温度变化发生热胀冷缩，石墨晶格间距0.34 nm受低温影响变小。冷却的负极石墨无法快速吸收锂，导致锂在石墨表面沉积，可能形成枝晶。而当温度低于某个临界点时，液体电解质会冻结，阻止锂离子的移动，电池因此停止工作。苹果Iphone 6和6S曾因在低温下自动关机，收到大量投诉，也是因为手机在低温环境下内阻过大，触发系统自动关机的判断机制。

2.高温对锂电池的影响

如果加热电池可以降低电阻，那更高的温度是不是就可以提升电池性能？答案并非如此。在高温下也存在负面效应。例如，液体电解质与正负极材料的反应性很高。温度升高时，这些反应加剧，消耗锂，从而减少电池的总能量。这些反应还会在电极表面生成“垃圾”，这会增加电池的电阻；所以，滑板不再是在一条新铺的顺畅道路上滑行，而是像在一条布满碎石的路上前进。随着温度升高，反应的数量急剧增加，产生更多“垃圾”，缩短电池的寿命。
高温不仅仅会导致垃圾堆积问题。传统锂离子电池中的液态电解质和聚合物隔膜都是极易燃的。如果温度超过某个临界点，电池会进入热失控状态，可能导致自燃和爆炸。热失控是现代电动汽车的主要安全风险之一，因此它们需要更复杂、更庞大且更昂贵的热管理系统。

3.温度平衡的艺术

由于这些挑战，传统锂离子电池必须在不同温度下找到一个平衡。如果电池太冷，电阻高，能量少，电解质甚至可能会冻结，电池完全停止工作。而在低温下进行快速充电时，电池可能会因锂枝晶形成而损坏。然而，如果电池温度过高，电极会充满垃圾，电池会永久性地失去容量。因此，传统锂离子电池只有在一定范围的温度窗口内才能有效工作，这限制了它们在现实世界中的应用。

高温和低温这两种相互对立的工况，如果仅仅从电解液入手，大多数情况改善了高温性能，却恶化了低温性能，或者反之。因此从正极或者负极侧入手，能够扩宽整个电池温度使用区间。添加固态电解质是一个能够改善低温性能的方法。对于电池无论它发展到什么样的形式，材料的性能发挥始终受到温度影响，温度管理系统更像是永不“夕阳”的产业，未来锂电池可能被替代，但温度管理系统长存。