综述：低温固态锂电池与固态锂硫电池的研究进展

这篇综述系统总结了低温环境下固态锂电池（SSLBs）和固态锂硫电池（SSLSBs）的性能优化策略，聚焦于不同电解质（聚合物、硫化物、卤化物等）对Li+传输动力学和界面接触的调控机制，同时探讨了硫阴极体积膨胀和反应动力学等挑战，为未来低温固态电池的开发提供了理论指导和技术路径。

　　

温度对电池性能的影响机制

低温环境下，固态电池中Li⁺的迁移动力学显著下降，表现为电解质离子电导率降低、界面电荷转移受阻以及电极材料内部扩散速率减缓。固态电解质（如硫化物SSEs、卤化物HSEs和聚合物SPEs）的晶界阻抗和界面接触问题在低温下被放大，而锂枝晶的生长行为也受温度调控——低温可能加剧枝晶的不可控生长，导致电池短路风险。

固态锂电池的低温优化策略

针对不同电解质类型，研究提出了差异化解决方案：

1. 聚合物电解质（SPEs）：通过引入增塑剂或纳米填料（如SiO₂）抑制结晶度，提升低温下链段运动能力，使离子电导率在-20°C仍保持10^-4 S cm^-1以上。
2. 硫化物电解质（SSEs）：优化Li₁₀GeP₂S₁₂等材料的烧结工艺，降低晶界阻抗；界面修饰（如Li₃PO₄涂层）可缓解与高压阴极（如LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂）的副反应。
3. 卤化物电解质（HSEs）：通过掺杂Zr⁴⁺等元素提高对锂金属的稳定性，但其与负极的持续反应仍需界面工程干预。

固态锂硫电池的低温挑战与突破

硫阴极的固-固转化（S→Li₂S）在低温下动力学极差，且体积膨胀率高达80%。研究采用两种路径改善性能：

1. 单质硫体系：构建三维导电网络（如碳纳米管/硫复合物）提升电子传导；引入催化材料（如CoS₂）加速多硫化锂转化。
2. 金属硫化物阴极：以CuS等过渡金属硫化物替代单质硫，其层状结构可缓冲体积变化，且放电平台（~1.7 V）更适应低温工况。

未来展望

低温固态电池的发展需兼顾电解质设计（如复合电解质）、界面工程（人工SEI膜）和阴极结构优化（梯度孔隙设计）。此外，开发新型原位表征技术将有助于揭示低温下的界面演化机制，推动其在高纬度地区储能和深空探测等极端环境中的应用。