眾所周知溫度對(duì)鋰離子電池的性能有著十分重要的影響，溫度過(guò)低時(shí)由于電解液粘度的增加，SEI膜阻抗增大，石墨負(fù)極動(dòng)力學(xué)性能變差，會(huì)導(dǎo)致電池的電化學(xué)極化增加，極大的降低電池放電能力，例如一輛在23.9℃下能夠行駛105英里的電動(dòng)汽車(chē)，在-6.7℃下僅能行駛60英里左右。

同時(shí)低溫充電是十分危險(xiǎn)的，會(huì)導(dǎo)致鋰枝晶的產(chǎn)生，引發(fā)嚴(yán)重的安全問(wèn)題，因此電動(dòng)汽車(chē)電池組設(shè)計(jì)方面，電池的加熱和散熱裝置一直是必備部分，加熱裝置一方面增加了車(chē)用鋰離子電池組的成本，增加了電池組重量，此外復(fù)雜的設(shè)計(jì)往往會(huì)導(dǎo)致電池的可靠性降低，因此一種能夠適應(yīng)低溫環(huán)境的高可靠鋰離子電池就應(yīng)運(yùn)而生。

以往為了提高鋰離子電池的低溫性能，往往我們需要對(duì)電解液和電極等做出相應(yīng)的調(diào)整，以高成本和性能犧牲為代價(jià)，提升鋰離子電池的低溫性能。最近研究者們提出了一種新的思路，不更換低溫電解液以及電極配比，僅從電池結(jié)構(gòu)入手，通過(guò)在電池內(nèi)部極板之間插入涂有聚合物絕緣層的Ni箔，實(shí)現(xiàn)了鋰離子電池自加熱功能，能30s內(nèi)將鋰離子電池從-30℃加熱到0℃，而這一過(guò)程僅僅消耗5.5%的電池能量。相比于外部加熱帶的鋰離子電池加熱方式，內(nèi)部加熱方式熱效率更高，能夠有效的降低加熱能耗。

近日美國(guó)濱州州立大學(xué)的Xiao-GuangYang等針對(duì)自加熱電池進(jìn)行了研究，并提出了優(yōu)化改進(jìn)方案。一般來(lái)講，自加熱電池設(shè)計(jì)是將帶有加熱功能的Ni箔嵌入到軟包方形鋰離子電池的中間位置，試驗(yàn)中Xiao-GuangYang等在軟包方形電池的中間嵌入了一片厚度為50μm的Ni箔，20℃下的電阻為56.2mΩ，兩側(cè)各包有28μm的絕緣包覆層。控制設(shè)計(jì)原理為，Ni箔的一端與負(fù)極相連，另外一段通過(guò)一個(gè)控制開(kāi)關(guān)與負(fù)極相連，外電路與Ni箔有開(kāi)關(guān)的一端相連，在溫度低于0℃時(shí)，開(kāi)關(guān)打開(kāi)，強(qiáng)制電流流經(jīng)Ni箔產(chǎn)生熱量，當(dāng)電池溫度達(dá)到0℃后，溫控開(kāi)關(guān)閉合，停止加熱。由于Ni箔的電阻與溫度呈線(xiàn)性關(guān)系，因此可以通過(guò)測(cè)量Ni箔的電阻來(lái)確定電池內(nèi)部的溫度，電池外表的溫度可以通過(guò)熱電阻進(jìn)行測(cè)量。

實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，由于鋰離子電池結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱系數(shù)較低，當(dāng)電池表面的溫度從-20℃升到0℃時(shí)，位于電池中間Ni箔的溫度達(dá)到了30℃左右，在電池內(nèi)部與表面之間形成了很大的溫度梯度，這一溫度差異會(huì)導(dǎo)致不同電池極片放電倍率的差異，在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)在開(kāi)始加熱10s后，中心部位的極片由于溫度較高，放電倍率達(dá)到了9C，而邊緣的極片由于溫度較低，因此放電倍率僅為5C。自加熱過(guò)程，由于較大的溫度梯度的存在，對(duì)電池的性能產(chǎn)生了不良的影響，同時(shí)也導(dǎo)致電池的加熱能耗較大。

研究發(fā)現(xiàn)，電池導(dǎo)熱效率越高，電池的溫度梯度越小，可以使自加熱過(guò)程更加高效，耗能更少。為了減少自加熱鋰離子電池的溫度梯度，Xiao-GuangYang等進(jìn)行了多層Ni箔設(shè)計(jì)，幾層Ni箔并聯(lián)，Ni箔電阻設(shè)計(jì)使得并聯(lián)后總的電阻值為56.2mΩ，多層加熱片的設(shè)計(jì)使得電池內(nèi)部的溫度梯度明顯降低，電池的加熱能耗也從4.15%（一層）下降到了3.23%（兩層）和3.03%（三層），這與理論值2.76%已經(jīng)非常接近。Xiao-GuangYang通過(guò)自加熱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化使得自加熱效率顯著提高，降低了加熱過(guò)程的能耗，顯著提高了該技術(shù)的實(shí)用性，為電動(dòng)汽車(chē)在北方城市推廣奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。