Nature子刊综述：极端温度条件下的锂电池材料

 

这主要是因为，高温或低温，都将引起电池性能降低。尤其是在高温条件下，内部会产生较大的热量浮动，从而引起爆炸等安全事故。

 

图1. 典型商业化锂电池在不同温度下的能量密度

 

有鉴于此，RiceUniversity的Pulickel M. Ajayan等人从锂离子电池的材料角度阐述了近年来极端温度条件下（<20℃或>60℃）的锂离子电池的研究进展。

 

图2. 典型电池材料的工作温度极限

 

一、正极材料

 

正极是锂离子和电子的中转中心，很容易发生相变。另一方面，在深度充电情况下，电极-电解质界面发生的副反应往往会使电极结构变得不稳定。
 

表1. 可在极端温度条件下工作的正极材料

 

图2. 常见正极材料在不同温度下的性能

 

二、负极材料

 

负极材料的工作往往依赖于有效的异质结构钝化层，温度升高将使得钝化结构破坏，并引发副反应；而温度降低又将降低锂离子的透过性。

 

图3. 石墨负极在极端温度条件下存在的挑战

三、电解质

 

低温条件下，电解质粘度增加，阻碍离子迁移和电极润湿性，降低比率性能；而且，导电性降低将引起电极周围锂离子的消耗。高温条件下，电解质容易发生化学变化，并和带电的电极发生反应。

 

表2. 可在极端温度条件下工作的电解质

 

四、其他材料

 

除了正极材料、负极材料以及电解质材料之外，锂离子电池中还有一些辅助材料，譬如隔膜、粘结剂以及集流器等等。这些材料虽然几乎不具有电化学活性，很少被研究，但是，它们也是保障电池在极端条件下正常工作的重要因素。

 

Marco-TulioF. Rodrigues, Pulickel M. Ajayan et al. A materials perspective on Li-ionbatteries at extreme temperatures. Nature Energy 2017, 2, 17108.