這主要是因為，高溫或低溫，都將引起電池性能降低。尤其是在高溫條件下，內部會產生較大的熱量浮動，從而引起爆炸等安全事故。

 

圖1. 典型商業化鋰電池在不同溫度下的能量密度

 

有鑒于此，RiceUniversity的Pulickel M. Ajayan等人從鋰離子電池的材料角度闡述了近年來極端溫度條件下（<20℃或>60℃）的鋰離子電池的研究進展。

 

圖2. 典型電池材料的工作溫度極限

 

一、正極材料

 

正極是鋰離子和電子的中轉中心，很容易發生相變。另一方面，在深度充電情況下，電極-電解質界面發生的副反應往往會使電極結構變得不穩定。
 

表1. 可在極端溫度條件下工作的正極材料

 

圖2. 常見正極材料在不同溫度下的性能

 

二、負極材料

 

負極材料的工作往往依賴于有效的異質結構鈍化層，溫度升高將使得鈍化結構破壞，并引發副反應；而溫度降低又將降低鋰離子的透過性。

 

圖3. 石墨負極在極端溫度條件下存在的挑戰

三、電解質

 

低溫條件下，電解質粘度增加，阻礙離子遷移和電極潤濕性，降低比率性能；而且，導電性降低將引起電極周圍鋰離子的消耗。高溫條件下，電解質容易發生化學變化，并和帶電的電極發生反應。

 

表2. 可在極端溫度條件下工作的電解質

 

四、其他材料

 

除了正極材料、負極材料以及電解質材料之外，鋰離子電池中還有一些輔助材料，譬如隔膜、粘結劑以及集流器等等。這些材料雖然幾乎不具有電化學活性，很少被研究，但是，它們也是保障電池在極端條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.