冬天电池为什么不耐用？

在冬季低温下，电池充电或放电都受到显著影响，这会导致电池容量迅速下降并带来严重的安全隐患。在极低温度下长时间放置电池，也会对电池造成不可逆的损害，降低其容量：

锂离子电池的正极材料通常为三元、磷酸铁锂和钴酸锂，负极材料则为石墨。如图1所示，当电池充电时，锂离子从正极晶格中穿过电解液隔膜，嵌入负极的石墨层间。而放电时，锂离子则从石墨负极层间出来，返回到正极晶格中。

在低温条件下，分子的运动能力减弱，导致反应速度和物质传输过程变慢。因此，在电池中，锂离子在石墨层间和正极晶格中的传输变得尤为缓慢。这样会导致大量锂堆积在电极与电解液界面。在充电时，如果锂离子无法进入石墨层，就会在负极表面得到电子并转化为金属锂，形成锂枝晶。放电时，锂离子也会在正极表面堆积，导致正极破裂。

充电时，锂离子通常会有序地进入石墨层间，发生插层反应。但在低温充电时，锂离子无法进入石墨层，会在负极表面得到电子并转化为金属锂，形成转换反应，形成锂枝晶。初中化学告诉我们，金属锂非常活泼，会迅速与电解液反应，生成的物质是不可逆的，导致电池容量损失。此外，金属锂的持续生长可能导致隔膜被刺破，进而引发严重的安全事故。在低温放电时，锂离子会在正极表面堆积，导致正极破裂，进而造成电池容量损失。

最近的研究发现，电池在低温下放置48小时后，容量损失在小倍率充放电时为3.2%，而在大倍率充放电时则达到6%。低温放置导致电池容量损失的原因包括：

1）低温加剧了正极的破裂；

2）低温可能导致正极颗粒与粘结剂脱离，丧失电化学活性。

为了应对这一问题，电动汽车和储能电站通常会采用电池加热策略。电动汽车中通常使用加热片和整体保温措施，而储能电站则使用空调或热泵加热。然而，这些方法仍然存在一些缺点，导致北方冬天电动汽车出现里程跳水现象。