他们创造了一个可充电的世界，但是它怕冷！ | 科普视听

2019年，当诺贝尔化学奖的桂冠授予在发明锂电池过程中作出贡献的3位科学家时，评审盛赞“他们创造了一个可充电的世界”。如今，锂电池就像现代社会的“能量心脏”，从手机到电动车，从医疗设备到太空站，都离不开它。但这个改变世界的大功臣，却有个“小毛病”——特别怕冷！

锂电池的“畏寒”之谜

锂电池的工作原理，就像一场离子赛跑。充电时，锂离子从正极跑到负极；放电时，它们又跑回来，释放电能。但在低温下，这场赛跑会遇到三大阻碍。

电解液变“果冻”

电解液是锂离子的“跑道”，常温下如水般轻盈流动，锂离子奔跑得毫无阻碍。一旦温度跌破0 摄氏度，电解液就仿佛溪流瞬间凝成冰浆——因为常用电池电解液中的碳酸乙烯酯的熔点仅36 摄氏度，低温下更易析晶，使电解液趋向半凝固，离子通道被堵，内阻随之飙升，锂离子便跑不动了。

负极“堵车”

好不容易跑到负极的锂离子，还要再跨一道“能量墙”。研究表明，低温下石墨负极的电荷转移电阻可骤升至常温数倍，过电位随之升高，迫使大量锂离子挤在负极表面，最终沉积为针状金属锂。这些微观“冰锥”不仅消耗活性锂离子，还可能刺穿电池内部，引发短路甚至热失控。

保护膜“冻裂”

最隐蔽的破坏来自电极表面的固体电解质界面膜（SEI膜，锂离子电池在首次充放电时形成的一层钝化膜，对电池的性能和安全性至关重要）。这层本应保护电极的“防护衣”，在低温下会异常增厚，结构由致密变多孔，如同被冻裂的皮肤。研究表明，破裂的SEI膜会不断消耗电解液以修复自身，形成恶性循环，导致活性锂离子持续损失。

这三重困境叠加，使得零下20摄氏度时锂电池容量仅剩常温的50%，充电速度更是慢如蜗牛。

科技防寒术：给电池“保暖”

为了让锂电池不再“怕冷”，科学家想出了各种保暖妙招。

“智能暖宝宝”——脉冲加热技术

脉冲加热技术加热速率快、温度均匀性好，利用电池内阻的焦耳热效应，快速加热电池。多家车企的实测表明，零下30 摄氏度环境下3分钟即可把电池从零下25 摄氏度加热至0 摄氏度，能耗不足5 %，为极寒场景下快速唤醒离子活性提供了可行方案。这种“自我供暖”既避免局部过热，又能快速唤醒离子活性。

“体温调节器”——智能温控系统

华为等公司研发的电池管理系统（BMS），能实时监测电池温度，自动调节电流分配或启动加热膜，将整包温差控制在数摄氏度以内，并支持根据用车日程提前预热，为低温续航提供保障。

“抗冻电解液”——新材料突破

华中科技大学谢佳团队用氟苯与乙酸甲酯构建新型溶剂体系，其设计的新型电解液可在零下70摄氏度保持液态，零下60摄氏度仍能放出室温容量的91%，显示出优异的极端低温性能。

未来电池，挑战极寒极限

现在的技术已经能让锂电池在零下30摄氏度正常工作，但科学家还在挑战更极端的环境，比如南极、火星。

从手机到火星车，从日常出行到极地探险，科学家正用智慧让电池越来越抗冻。也许不久的将来，我们就能看到电动汽车在零下50摄氏度的北极飞驰，火星探测器用钠离子电池传回珍贵数据。锂电池从诺奖突破到寒冷续航的进化，仍在续写。

责任编辑 | 李银慧 赵青云

运营编辑 | 赵青云

质量审核 | 李雅欣 王维嘉

图文来源 | 《知识就是力量》 杂志《黑科技给锂电池穿上“羽绒服” 》 ， 撰文/陈哲 阮文清 马将（深圳大学机电与控制工程学院） ， 原 创作品转载请注明来源。

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