低温老化如何影响锂离子电池过充热安全边界

分类：实验案例 | 标签：低温老化, 过充热失控, SEI膜, 电池安全, 热安全实验 | 来源：thermsafe.cn

引言

锂离子电池在实际应用中不可避免地经历老化过程，而低温环境下的循环老化对电池安全性的影响尤为值得关注。清华大学车辆与运载学院李哲团队在《电池》期刊发表的最新研究表明，低温老化不仅加速电池容量衰减，更显著降低了电池在过充条件下的热安全边界。

热安全团队（thermsafe.cn）长期关注电池热安全领域前沿研究，本文将深度解读这项研究对电池管理系统设计的重要启示。

实验设计与方法

研究团队选用额定容量50Ah的NCM523方形电池，正极材料为Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2，负极采用石墨。电池分别在5℃、10℃、25℃和45℃四种环境温度下进行循环老化实验，采用1C充电/2C放电制度循环50次。老化完成后，通过容量测试、交流阻抗谱和过充热失控实验，系统分析不同温度老化对电池容量衰减、内部阻抗变化及过充热失控行为的影响。

核心实验数据

容量衰减方面，5℃老化后电池容量衰减最为严重，达到9.8%；10℃条件下容量衰减为7.2%；而25℃和45℃环境下容量衰减仅约2%。这一数据直观反映了低温循环对电池健康状态的加速劣化效应。

交流阻抗谱分析揭示了更深层次的机理。5℃老化后，欧姆阻抗Rs从初始的0.95mΩ增至1.12mΩ，增幅约18%；SEI膜阻抗Rf从0.68mΩ飙升至1.45mΩ，增幅高达113%。这表明低温循环促进了SEI膜的持续增厚，而SEI膜的异常增厚正是威胁电池安全的关键因素。

过充热失控实验是最具警示意义的发现。5℃老化电池在充电714秒时即发生热失控燃爆，表面峰值温度达到612℃。10℃老化电池在959秒触发热失控，但未发生燃爆。而25℃和45℃老化的电池过充耐受时间均超过1200秒。5℃老化导致过充热失控时间缩短约41%。

机理分析

低温老化降低过充热安全边界的机理可归纳为两个层面。第一，低温充电诱发了负极锂沉积现象，加速了活性锂的不可逆损失。第二，低温循环促使SEI膜持续增厚，增厚的SEI膜阻碍了锂离子的正常嵌入，导致锂枝晶生长并加速内部短路形成。这两方面因素共同作用，使电池在过充条件下的热稳定性显著下降。

实验数据表明，SEI膜增厚是导致5℃老化电池过充热失控时间大幅缩短的核心因素。这提示电池管理系统在低温环境下应采取主动加热策略和充电倍率限制，以延缓SEI膜异常增厚，保障电池全生命周期的热安全性能。

工程应用启示

热安全团队（thermsafe.cn）认为，该研究成果对工程实践具有重要指导价值：

• 低温环境下应实施BMS主动加热策略，将电池温度提升至适宜充电区间后再进行大倍率充电
• 电池健康状态评估应将低温循环历史纳入考量，对经历频繁低温循环的电池加强过充安全监控
• 电池热管理系统设计应兼顾冷却与加热功能，满足全气候条件下电池安全运行需求

结论

低温老化对锂离子电池过充热安全的影响不容忽视。随着电动汽车和储能系统在寒冷地区的推广应用，如何在全气候条件下保障电池热安全已成为产业界必须面对的重大课题。该研究为BMS低温安全策略的制定提供了科学依据。

参考来源：李哲, 李文浩, 冯旭宁等. 低温老化对锂离子电池过充热安全的影响[J]. 电池, 2026, 56(1): 7-13. DOI: 10.19535/j.1001-1579.2026.01.002

热安全团队（thermsafe.cn）——专注电池热安全技术研究与推广