磷酸铁锂电池低温性能优化

磷酸铁锂电池因安全性高和成本低等优势广泛用于新能源汽车和新型储能等领域，但在寒冷冬季、高海拔地区以及航空基站等低温工作环境中因性能大幅度降低而受到限制。

工作温度降低会显著影响锂离子电池的电化学性能，特别是磷酸铁锂(LiFePO4)电池，其在低温条件下的电解液本体、电极-电解液界面、石墨负极和磷酸铁锂正极等都受到不同程度的影响。

低温下电池性能变差的主要原因是电解液粘度随温度的降低而增高，阻抗和极化增大，锂离子的传输也变得更困难。尤其是在低温条件下无法提高锂电池的充放电倍率，强行快充非常容易导致析锂。

好了，那我们就概括一磷酸铁锂低温性能衰退机理 ，以及如何改善锂电池的低温性能，逐条说明，让大家一目了然吧！

一、低温性能衰退机理

磷酸铁锂电池在低温(尤其是-20℃以下)环境中性能显著下降，主要表现为容量衰减、内阻增大、循环寿命缩短。其主要原因包括：

电解液性能恶化：

低温下电解液粘度增大，离子电导率下降，锂离子迁移受阻。

电极材料动力学减缓

磷酸铁锂正极本征电导率低，锂离子扩散缓慢；
石墨负极在低温下易发生析锂、SEI膜增厚、死锂形成等问题，进一步加剧极化。

界面反应失衡

电极-电解液界面稳定性下降，副反应增多，消耗活性锂和电解液。

二、低温性能优化策略

电极材料改性

从材料端改性的思路就是，通过结构调控提升电极材料的离子和电子传导能力：
石墨负极：采用氮掺杂、构建大孔结构等方式提升锂离子扩散速率。
例如，树枝状氮掺杂石墨管在-10℃下仍保持222.5 mAh/g的比容量；具有穿透大孔的石墨负极在-30℃下以2C循环时容量达352.9 mAh/g。

磷酸铁锂正极：通过碳包覆提升电导率和界面稳定性。
如水热法制备的碳包覆LiFePO₄在-20℃下仍保持室温容量的75.1%。均匀碳涂层可以有效提高磷酸铁锂复合材料的电导率、锂离子扩散系数和表面稳定性。水热法制备磷酸铁锂的核心公司就是德方纳米。

电解液优化

电解液是改善低温性能的关键，优化方向包括溶剂、锂盐和添加剂：
溶剂：采用低熔点、低粘度的线性碳酸酯（如DMC、DEC）、羧酸酯（如MF、EA）和醚类溶剂（如DOL、DME），或引入氟化溶剂（如MTFP）以拓宽液态范围并提升稳定性。局部高浓度电解液（LHCE）通过引入稀释剂在降低粘度的同时保持高浓度电解液的界面优势。

锂盐：除常用的LiPF₆外，LiBF₄、LiBOB、LiDFOB等新型锂盐因其成膜性好、界面稳定等特性受到关注。多盐复配是未来趋势。
添加剂：如FEC、氟磺酰异氰酸酯（FI）、NaCl等，可在电极表面形成高离子电导率的SEI/CEI膜，抑制析锂和副反应，提升低温循环稳定性。
将1%氯化钠(NaCl)作为添加剂加入电解液后可以在 LiFePO4 表面 形 成 均 匀 的 正 极 电 解 液 界 面 (CEI)，从 而 改 善LiFePO4循环过程中的锂化和脱锂行为，其充放电曲线如下图所示。

低温预热技术

预热技术分为外部加热和内部加热两类：
外部加热：
介质加热：利用空气、液体或相变材料（如SAT、STP）进行传热，结构简单但加热均匀性差；
电热元件加热：如PTC电阻、金属电阻加热膜等，加热效率高但增加系统体积。
内部加热：
自加热：通过内置镍箔等结构实现快速自发热，能量利用率高；
电流加热：采用交流电或脉冲电流通过内阻产热，如相互脉冲加热技术和无线充电加热系统，可在-20℃下实现8.5℃/min的升温速率。

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