冬天续航少一半！锂电池为何这么怕冷 析技
3月已然是春暖花开的季节，但上个冬季的寒冷我们还记忆犹新，尤其是电动车车主。电动车怕冷，这大家都知道，很多媒体也对比测试过冬季和夏季的续航，结构都相差很大，可是背后原因却没怎么说清楚。
多数人会把电动车冬季续航衰减的问题归到车内取暖上，确实这是个原因。燃油车可以利用发动机多余的热量来供给车内，而电动车必须要耗费一定的能量来给车内供暖，结果就是续航降低。我的Model 3不开暖空调比开暖空调，续航多大概20%左右，而且上海并不是一个寒冷的城市，相信随着纬度的增加，这个比值也会越来越大。
不过，这并非冬季续航衰减的全部原因，与锂电池的特性亦有很大关系。之前的文章也曾介绍过锂电池的结构，它是一层一层的，主要由正极、负极、隔膜和电解液组成。充电时，锂离子从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。可以把锂离子理解成勤劳的工人，负极是他们的住所，正极是工作的工厂。充电时工人们从工厂回到家里休息；放电时则从家里前往工厂工作。
寒冷温度对充、放电都有很大的影响。先说放电工况，北方的朋友应该都有这样的经验，手机明明是充满电了，但是放在口袋里冻了一阵子，结果就没电关机了，原因主要是气温对电解质的影响。
电解质可以想象成电子移动的解质，就好比水中的鱼儿。而低温把电解液冻住，如此电子的移动就会变的很困难，电池的内阻就会增加。当内阻增加到一定值的时候，电池内的电压就会降低到保护电压，自然手机就关机了。
电动汽车虽说很少听闻被冻的趴窝，但其电池的原理和手机电池差不多，只不过电动车会有一套电池热管理系统，为的就是让电池在正常温度下工作。面对低温、寒冷的环境，电池管理芯片会为电池加温，这部分能量必然也来自电池本身，那么续航自然就会降低。
也有厂商想出了别的办法，比如说威马汽车，它可以选装一个柴油辅助包，这东西的作用就是在冬天为电池加热，以保证电池良好的工作环境。从纯电动车的角度说，这是个好办法，但从汽车的角度说，这又有些荒唐，也说明纯电动车距离合格的交通工具还有很长的路。
另外，低温还会影响锂离子从负极（石墨层）移动到电解液中的速度，这同样会影响电池的性能和车辆的续航里程。这个过程比较复杂，一两句话说不太清楚，这里就不展开了。
再说低温对于充电的影响。前面说过，电池充电锂离子会在外部电压的作用下从正极流向负极。但在低温环境下，从正极出来的锂离子并没有都来到负极，中途有不少锂离子“迷了路”。而且充电速率越高，迷路、丢失的锂离子就越多，它们是呈线性关系的。
假如在同等低温环境下，以1C的速率充电，会有10%的锂离子丢失，那么用2C的速率充电就会有20%的锂离子丢失。（C是C-rate的简写，代表充放电倍率，数字越大充电越快。比如1C就是一个小时把电池充满，2C就是半个小时把电池充满）
锂离子丢失的越多，相应的电池容量就越低。如果丢失的20%的锂离子，从前100kWh的电池，现在就变成了80kWh。
为了解决这个问题，方法有二，要么给电池加温、要么大幅度降低充电速率（比如降到百分之一C）。后者基本被否决了，能量补给速度慢，本身就是电动车的致命弱点，再大幅降低基本就失去了实用价值。
厂商的保护措施都是在充电前给电池加热（当然这也会耗费电池的能量），或者在充电初期利用外部电源加热电池，等电池温度上来后在给电池充电。特斯拉在用车载导航到超充站时，都会跳出一条信息“正在给电池加热”，原因就是如此。
回到锂离子走丢的问题上来，这些丢失的锂离子会聚集在电池负极变成金属锂，这种现象也叫做析锂。虽然说多数锂金属会在后面充放电过程中，变成锂离子，但也会有少量的金属锂变不回锂离子，这会造成电池性能永久性衰退。
箭头处白色的物质就是析出的锂金属
另外多说一句，有观点说析锂现象影响电池的安全性，因为析出的锂金属可能会刺穿电池导致短路。不过，我查看了相关的研究论文，主流科学界并没有这种说法，锂金属非常脆弱，不足以刺穿电池。
总体来说，现阶段北方城市对于电动车依旧很不友好。什么时候能彻底解决冬季电动车续航衰减的问题，现在还看不到希望。或许固态电池会有所改善，因为它的“电解液”本身就变成了固态了，所以也就不存在低温被冻住的情况。
可是还是有很多问题没有解决，所以说威马柴油辅助包真是一个比较彻底的解决方案，因为它让人和车都变得暖和起来。倘如大家都效仿此法，那么所谓的电动车环保就真的成为一个大大的笑话。
电解液“冻住”了 锂离子“迈不开步”
天冷了，很多人会遇到这样的烦恼：冬天在户外使用手机时，电量掉的特别快，屏幕反应速度减慢，特别是处于0℃以下的环境时，某些手机出现反应迟钝、死机等状况。这是什么原因呢？
低温使电池内放电化学反应变慢
“在0℃以下耗电过快，是手机的一种通病。”中国材料与试验团体标准委员会电池及其相关材料领域委员会委员、清华大学深圳国际研究生院副研究员贺艳兵说。
据介绍，目前市面上大部分手机的电池都采用锂电池，锂电池属于化学电池，其放电也是一个化学反应的过程。
贺艳兵解释说，锂电池负极通过化学反应脱出锂离子，并通过电解质溶液将锂离子传输嵌入到正极，从而产生电流给手机供电。电池放电性能不仅依赖于正负极材料和电解质溶液，而且取决于电池的放电温度和电流。
“在低温下电解质溶液黏度增加，导致锂离子穿越溶液能力变差，活性降低，电阻增加，引起电池放电电压降低，从而使得电池的可用容量降低，手机耗电变快。”贺艳兵说，“小到手机、大到电动汽车，其中的锂离子电池都会出现这样的问题。研究表明，气温从25℃下降到-20℃，汽车动力电池所能释放的电量会降低30%，同时充电所需的时间也会增加。”
户外使用可给手机穿上“棉袄”
要想冬天在户外自如使用手机，除了在户外的时候尽量把手机放入兜里御寒之外，还有人提出，给手机穿上“棉袄”，比如套个厚硅胶壳或者保暖。
“这样可以起到一定作用。”贺艳兵表示，首先，厚硅胶壳能在一定程度上阻挡外界的低温；其次，给手机套个保暖罩，手机本身散发的热量也不至于流失过多。
“如果手机已经出现快速掉电的情况，就不要再使用了。”贺艳兵说，锂电池在低于0℃的情况下，性能就已经开始退步，温度越低掉电越快。并且在温度过低的情况下使用手机，会缩短手机电池的寿命。“此外，最好不要在温度过低的环境下给手机充电。”
最后，贺艳兵提示，低温对电池的影响已经让很多人有所领教，需要注意的是，高温也是电池的一大敌人。当电池温度超过55℃—60℃时，负极材料和电解质溶液都会受到影响，如果长期工作在高温下，电池的寿命也会有所缩短。（华 凌）
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