为什么锂离子电池在低温下性能差？如何解决这种问题？

目前，研究者们对造成锂离子电池低温性能差的主要因素尚有争论，但究其原因有以下3个方面的因素：

1.低温下电解液的粘度增大，电导率降低；

2.电解液/电极界面膜阻抗和电荷转移阻抗增大；

3.锂离子在活性物质本体中的迁移速率降低.由此造成低温下电极极化加剧，充放电容量减小。

另外，低温充电过程中尤其是低温大倍率充电时，负极将出现锂金属析出与沉积，沉积的金属锂易与电解液发生不可逆反应消耗大量的电解液，同时使SEI膜厚度进一步增加，导致电池负极表面膜的阻抗进一步增大，电池极化再次增强，最将会极大破坏电池的低温性能、循环寿命及安全性能。

改善正极材料在低温下离子扩散性能的主流方式有：

1采用导电性优异的材料对活性物质本体进行表面包覆的方法提升正极材料界面的电导率，降低界面阻抗，同时减少正极材料和电解液的副反应，稳定材料结构。

Rui等采用循环伏安和交流阻抗法对碳包覆的LiFePO4的低温性能进行了研究，发现随着温度的降低其放电容量逐渐降低，-20°C时容量仅为常温容量的33%。作者认为随着温度降低，电池中电荷转移阻抗和韦伯阻抗逐渐变大，CV曲线中的氧化还原电位的差值增大，这表明在低温下锂离子在材料中的扩散减慢，电池的法拉第反应动力学速率减弱造成极化明显增大（图1)。

Lv等设计合成了一种快离子导体包覆镍钴锰酸锂的复合正极材料，该复合材料显示出优越的低温性能和倍率性能，在-20°C仍保持127.7mAh·g-1的可逆容量，远优于镍钴锰酸锂材料86.4mAh·g-1。通过引入具有优异离子电导率的快离子导体来有效改善Li+扩散速率，为锂离子电池低温性能改善提供了新思路。

2通过Mn、Al、Cr、Mg、F等元素对材料本体进行体相掺杂，增加材料的层间距来提高Li+在本体中的扩散速率，降低Li+的扩散阻抗，进而提升电池的低温性能。

Zeng等采用Mn掺杂制备碳包覆的LiFePO4正极材料，相比原始LiFePO4，其在不同温度下的极化均有一定程度的减小，显著提升材料低温下的电化学性能。Li等对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2材料进行Al掺杂，发现Al增大了材料的层间距，降低了锂离子在材料中的扩散阻抗，使其在低温下的克容量大大提高。

磷酸铁锂正极材料在充电过程从磷酸铁锂相至磷酸铁相间的相转变比放电过程从磷酸铁相至磷酸铁锂相间的相转变更缓慢，而Cr掺杂可促进放电过程从磷酸铁相至磷酸铁锂相间的相转变，从而改善LiFePO4的倍率性能和低温性能。