综述：定制化锂离子电池电极和电解质在极端条件下的应用

这篇综述系统总结了锂离子电池（LIBs）在极端低温环境下的性能挑战与创新解决方案，重点探讨了电极材料（如MoS2 /C复合阳极、Fe(OH)Se非晶结构）、电解质工程（如CPME基弱溶剂化电解质、THF基高浓电解液）和固态电池设计的最新进展，为极地、航空航天等低温场景下的能源存储提供了关键理论支持和技术路线。

　　

极端低温环境下的锂离子电池挑战

锂离子电池（LIBs）自1991年商业化以来已成为现代能源存储的核心，但其在低于0°C环境中的性能急剧下降。低温导致离子迁移速率降低、内阻增加及电解质电导率下降，引发容量衰减和安全风险。传统解决方案依赖外部加热系统，但增加了重量和能耗。因此，开发无需外部加热的低温适应性LIBs成为研究焦点。

阳极材料的低温优化

石墨阳极在低温下因锂离子固态扩散迟滞和SEI膜不稳定而表现不佳。MoS₂
/C复合阳极通过扩大层间距（0.98 nm→1.16 nm）和碳基质导电网络，在-20°C下保持854.3 mAh g^-1
容量。非晶Fe(OH)Se电极则通过多阴离子结构和赝电容行为，在-80°C实现285.2 mAh g^-1
的放电容量。锑（Sb）因较高嵌锂电位（0.9 V vs. Li/Li⁺
）和抗锂枝晶特性，成为低温合金阳极的优选。

阴极材料的创新策略

传统层状氧化物（如NCM811）在低温下因电荷转移阻抗激增而失效。钒酸锂（Li₃
V₂
(PO₄
)₃
）通过YPO₄
/碳双涂层修饰，在-40°C保留75.7%室温容量。铌钨氧化物（NbWO）凭借开放隧道结构和多电子氧化还原，在-100°C仍可输出75 mAh g^-1
容量，其赝电容贡献占比超80%。

电解质工程突破

碳酸酯基电解液（如EC/DMC）在-20°C易凝固，而环戊基甲醚（CPME）基电解质凭借弱溶剂化效应和LiF富集SEI，使石墨阳极在-40°C维持274 mAh g^-1
容量。单氟代醚（BFE）通过Li-F/O三齿配位降低脱溶剂能垒，Li||NCM811电池在-60°C实现90 mAh g^-1
放电。高熵电解质（如PF₆
^-
/TFSI^-
/NO₃
^-
三元盐）通过竞争性配位调控界面化学，-60°C容量保持率达48.7%。

固态电池的低温潜力

非晶态固态电解质（如Li_1.25
N_0.417
TaCl₅
）在25°C离子电导率达5.91 mS cm^-1
，LiCoO₂
全电池在-40°C输出143.78 mAh g^-1
。原位聚合准固态电解质（TXE/FDMA/FEC）通过双层SEI设计，在-30°C使NCM811软包电池稳定循环200次。

未来展望

开发高熵电解质、优化电极/电解质界面动力学、结合主动热管理技术，将是实现LIBs在深空探测和极地科考中广泛应用的关键。钠/钾离子电池的低温适配性研究也将成为新兴方向。