18650低温电池的特性及优点

面对低温下锂离子电池使用受限的局面，技术人员找到的应对策略是充电预热，虽然是权宜之计，但对提高锂离子电池的放电能力和长期寿命都有明显效果。

低温环境下对锂离子电池充电或使用前，必须对电池进行预加热。电动汽车车载的电池管理系统(BMS)对电池加热的方式大体可分外部加热与内部加热两大类。外部加热方式有空气加热、液体加热、相变材料加热，以及热阻加热器或者热泵加热。这些加热方式一般位于电池包中，或者设置在热循环介质的容器中。内部加热法加热电池，则是通过交流电流激励电池内部电化学物质，使电池本身出现热量。

外部加热

有关用空气加热的方式，有研究人员利用电池与一套大气模拟系统进行了实验，实验结果表明，相关于裸露在低温环境中的电池，周围空气被加热的电池能够放出更多的容量。

比起空气加热，液体加热具有更好的导热率与更高的热转化效率。但是液体加热要更复杂的加热系统。液体加热在电动汽车与混合动力汽车中的应用已经有不少实际案例。比如：在雪佛兰Volt汽车中，环绕电池组热交换液，由360V的加热器加热。

相变材料加热电池也已经被使用。当电池温度降到相变材料的相变温度点之后，相变材料储存的热量会被释放出来，保持环境温度恒定，也就是向电池组传递热量。相变材料的重要优势在于其可以用在温度变化较迅速的环境中。

内部加热

交流激励加热，相比于外部加热来说，另外一种常用的加热方法，结构设计上会比较简单，就是通过交变的电流加热电池。它不要进行传热结构的设计，只是在电池正负极加载一定频率的交流激励，激励用途在电池内部电化学物质上，相当于循环往复小幅值充放电的效果。

与直流加热电流相比，交流电流或正负方波电流在放电和充电周期内都可以加热电池，使得电池温度上升，而电池荷电状态(SOC)基本上是不变的。由于这些特性，交流内部预热方法成为一个研究较多的领域。2004年，国外一个研究者率先提出使用交变的电流直接对锂离子电池加热，仅仅利用电池内部的电阻效应产热。他们对不同的SOC状态下和不同温度下（-20℃~40℃）的不同的电池做了一些测试。测试结果表明，在一定倍率的电流下，所有电池都会快速产热。

业内公司及科研机构对电池耐低温性能的探索和攻关，多着眼于对现有正负极材料的工艺改进，以及通过提高电池的局部环境温度为电池在低温下工作创造条件。

现在的电池材料在走向纳米化，材料的粒径、电阻力、AB平面轴长大小三方面会影响电池的低温特性。沃特玛通过三种工艺制备磷酸铁锂材料，采用不同的工艺将其纳米化和进行包覆，结果显示，AB面轴长的增大使锂离子迁移通道变大，这有利于提高电池的倍率性能；从三种工艺生产的材料来看，层间距大的颗粒石墨，本体阻抗和离子迁移阻抗比较小；电解液方面，沃特玛在固定溶剂体系和锂盐基础上，使用低温添加剂，将放电容量从85%提高到90%。据了解，早在2016年底时，沃特玛已经实现-20、-30、-40℃的环境里下，0.5C充电恒流比达62.9%，-20℃实现放电94%。目前，沃特玛的低温电池已经在内蒙古、东北三省等地区大范围推广。

八月三十一日，北京理工大学等科研团队宣布全气候电池产品研发成功。技术人员利用金属丝通电生热的原理，在电芯上加装镍箔片，镍箔片通电出现热量，使电池内部温度升高。达到一定温度后，箔片会自动断开以保障电池安全。据了解，在-30℃的实验环境，应用这项技术的电池，30秒即能快速升温至0℃以上，放电功率提高6倍以上，充电功率则提高10倍以上。该团队相关人员表示，该技术并不改变电池原有结构，且改造成本极低，适用于铅酸电池、锂离子电池等各类电池。据电池我国网了解，采用该技术的全气候电动汽车将于2017年十二月底公布，预计2020年完成4种车型共11辆产品样车的开发，并开始示范运行。

据媒体报道，在九月二十日落幕的2017年创客我国新疆创新创业大赛上，中科院新疆理化所博士王磊领衔开发的全气候锂离子电池夺得创客组一等奖，这种锂离子电池可在-40℃~60℃的环境中稳定工作。目前，该团队已完成了各种高低温条件下的产品测试工作，即将进入商业化产品生产阶段。

2017年九月十九日，70辆搭载微宏MpCO锂离子电池的12米气电混合动力公交车正式在内蒙古包头上线。该地区最低气温在-30℃以下，最高气温可达39℃，包头选用微宏快充电池系统，正是考虑到微宏快充电池优异的环境适应性。

山东威能是一家专业从事特种低温磷酸铁锂离子电池的研发、生产的高新技术公司，与中科院化学所合作研发、生产的磷酸铁锂离子电池低温性能实现重大突破，在低温-40℃能够放出额定容量的90%以上。

此外，鹏辉能源的动力锂电池可以在-20~60℃的环境中使用，不要加热和冷却系统。桑顿新能源三元耐低温性能有了较大提高，电芯可在-20℃环境下正常放电，可以满足很多整车公司的需求。

为何充电比放电更要温度？

细心的读者可能会发现，许多公司的电池产品能够实现低温下正常放电，但在同样的温度下，实现正常充电就比较吃力，甚至无法充电，为何？

据业内人士解释，Li+嵌入石墨材料时，首先要去溶剂化，这个过程会消耗一定能量，阻碍了Li+扩散到石墨内部；相反，Li+在脱出石墨材料进入到溶液中时，会有一个溶剂化过程，而溶剂化不消耗能量，Li+可以快速脱出石墨。因此，石墨材料的充电接受能力要明显逊色于放电接受能力。

低温环境下，电池充电有一定的风险。因为随着温度的降低，石墨负极的动力学特性进步一变差，充电过程中，负极的电化学极化明显加剧，析出的金属锂容易形成锂枝晶，穿破隔膜并导致正负极短路。

因此业内人士建议，尽量防止锂离子电池在低温下充电。当电池必须在低温下充电时，要尽可能选择小电流（即慢充）对锂离子电池进行充电，并在充电后对锂离子电池进行充分搁置，从而保证负极析出的金属锂能够与石墨反应，重新嵌入到石墨负极内部。