電池科普 | 冬天的電池為什麼不耐用？

隨著全球能源結構的轉型，大街上跑的綠色牌照的車越來越多，這就是新一代新能源汽車，這種汽車大多使用的是純電動或者是油電混合動力。相信電動汽車的車主都有過這樣的痛：一到冬天，電動汽車的續航里程就大大縮短。

即使你不用電動汽車，相信你也一定有著類似的經歷：一到冬天，手機等電子產品的充電就會變慢，電池電量下降速度也會比夏天的時候更快。事實上，這是電子產品的“通病”，絕大多數電子產品在面對低溫狀態時都會出現不同程度的“衰減”，這與其使用的

鋰離子電池

有關。

鋰離子電池就是那個2019年拿了諾貝爾化學獎的鋰離子電池，相信其原理大家都已經比較瞭解了，就是依靠鋰離子在正極與負極之間的遷移來儲存與釋放能量。鋰離子的遷移行為酷似搖椅，又被稱為“搖椅電池”。充電時，鋰離子從正極脫出，經過電解液再嵌入負極的石墨層中，與外電路過來的電子結合；而在放電時，鋰離子與電子的運動方向則與充電時相反。

鋰離子電池動圖

鋰離子電池具有

能量密度高

、

迴圈壽命長

、

無汙染

等優點，是電動汽車目前最理想的動力源。

但鋰離子電池對外界環境溫度的變化比較敏感，一般情況下鋰離子電池的

最佳工作溫度

範圍在

20~30℃

，一般在0~45℃之內相對舒適。而我國北方大部分地區冬季平均溫度都在0℃以下，這就容易出現

充電析鋰

或者

放電功率下降

以及

迴圈壽命縮短

等問題。體現在電動汽車上，即冬天的低溫環境會造成鋰離子電池的

效能衰減

，從而導致

續航縮水

。

那麼造成鋰離子電池低溫效能衰減和續航里程縮水的原因是什麼呢

？

（1）充電容量隨溫度變化

可以看出，隨著環境溫度的降低，恆流充電容量大幅度降低，恆壓恆壓充電容量有所增加，但所花費的時間變長。當環境溫度達到 -20 ℃時，

（1）充電容量隨溫度變化

，換句話說，在這個溫度下，電池只能充到

充電容量僅為常溫充電容量的 51.68%

左右的電量。在 -25 ℃的環境下充電時，會瞬間達到電池的充電截止電壓，無法對電池進行有效充電，將嚴重影響電動汽車的正常使用。

1C 充電倍率下充電容量隨溫度變化情況

一半

電池的有效放電容量隨著環境溫度的降低而大幅度下降，-20 ℃時的放電容量已經

（2）放電容量隨溫度變化

左右，-30 ℃時，電池已經無法進行有效放電。總結來看，低溫下，電池充電難，放電更難。

不同環境溫度下，1C 倍率放電容量變化

衰減了 34.14%

從深層次機理來看，造成鋰離子電池低溫效能差的主要原因是隨著環境溫度的降低，

（3）低溫導致鋰離子電池充放電效能衰減的原因

逐漸增大，此時電池的充放電變得困難。就好比你本來好好地在平坦的大路上走著，面前突然出現一座火焰山，你說難受不難受？鋰離子電池遇到低溫的心情估計也和你差不多。

西遊記火焰山

電池的內阻

懂得了低溫下電池效能下降的原因，那麼在冬季低溫下有沒有電動汽車/手機的使用指南呢？持續關注清華大學THULi+團隊，我們下期將為大家帶來冬天正確的用車/手機姿勢~