综述：打破锂离子电池低温壁垒的多尺度加热策略：从材料设计到系统集成

本综述系统剖析锂离子电池（LIB）低温性能衰减机制，聚焦离子扩散阻滞、电解质高粘滞性与界面副反应等核心问题，对比评述主动（交流/直流脉冲加热、对流/传导加热）与被动（自发热结构）加热策略的优劣，提出脉冲加热可实现8.6°C·min?1温升且老化率最低，结合阴离子富集溶剂化电解质等材料改性可增强界面稳定性。多目标优化加热参数（温度、时间、SOC/SOH自适应）与智能预测控制系统（误差<0.5°C，节能38%）为低温LIB应用提供全面解决方案。

　　

Abstract

锂离子电池（LIB）在低温环境下面临容量骤降、阻抗激增和锂枝晶析出等严峻挑战，严重制约其在电动汽车与储能系统的应用。本综述从材料界面动力学与系统热管理双视角出发，揭示低温性能衰减的三大核心机制：Li⁺固相扩散能垒升高、电解质粘度指数型增长（导致离子电导率下降）、以及电极-电解质界面副反应加速。针对这些瓶颈，研究系统归纳了主动与被动加热技术体系：主动加热涵盖交流/直流脉冲（AC/DC pulse heating）、对流（如空气/液体介质加热）与传导（接触式热板）策略，其中脉冲加热以8.6°C·min^?1的温升速率和低于3%的容量衰减率展现最佳综合效能；被动加热则通过自发热结构（如镍箔内嵌电池）实现零额外能耗的温升，但均温性较差。

材料创新方面，阴离子富集溶剂化电解质（anion-rich solvation electrolytes）通过削弱Li⁺-溶剂分子相互作用，显著降低脱溶剂化能垒（可达50%以上），并形成富无机物界面相（CEI）抑制副反应。石墨负极表面包覆无定形碳层、钛酸锂（LTO）替代石墨以及低熔点电解液添加剂（如碳酸氟乙烯酯）均被证实可提升低温充放电效率。

系统层面，研究提出多目标优化框架，动态协调加热温度（20–40°C）、时间窗口与电池状态（SOC/SOH）的适配性，避免局部过热与析锂风险。智能加热系统融合电热耦合模型、SOC估计算法与红外温度传感网络，实现±0.5°C的均温控制与38%的能耗节约。未来需突破模块级加热集成、废热回收梯度利用与安全标准缺位等挑战，推动低温LIB技术从实验室走向产业化。

Conflict of Interest

作者声明无利益冲突。