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對能源儲存日益增長的需求，不斷要求電池能夠在各種極端條件下工作。鋰離子電池作為新一代儲能技術(shù)，雖然已經(jīng)被廣泛研究和應(yīng)用，卻幾乎只能在室溫環(huán)境中工作。
表1. 可在極端溫度條件下工作的正極材料
三、電解質(zhì)
這主要是因?yàn)椋邷鼗虻蜏?，都將引起電池性能降低。尤其是在高溫條件下，內(nèi)部會產(chǎn)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(yè)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(jìn)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(zhuǎn)中心，很容易發(fā)生相變。另一方面，在深度充電情況下，電極-電解質(zhì)界面發(fā)生的副反應(yīng)往往會使電極結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)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(fù)極材料
負(fù)極材料的工作往往依賴于有效的異質(zhì)結(jié)構(gòu)鈍化層，溫度升高將使得鈍化結(jié)構(gòu)破壞，并引發(fā)副反應(yīng)；而溫度降低又將降低鋰離子的透過性。
圖3. 石墨負(fù)極在極端溫度條件下存在的挑戰(zhàn)
三、電解質(zhì)
低溫條件下，電解質(zhì)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(dǎo)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(zhì)容易發(fā)生化學(xué)變化，并和帶電的電極發(fā)生反應(yīng)。
表2. 可在極端溫度條件下工作的電解質(zhì)
四、其他材料
除了正極材料、負(fù)極材料以及電解質(zhì)材料之外，鋰離子電池中還有一些輔助材料，譬如隔膜、粘結(jié)劑以及集流器等等。這些材料雖然幾乎不具有電化學(xué)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.
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