温度是影响锂离子电池表征的最强变量之一。 随着温度下降，电解质电导率、离子扩散和反应动力学都会下降，从而增加欧姆电阻和极化电阻。其结果是产生更大的负载相关电压降，特别是在大电流放电期间；较高的温度通常会降低电阻并改善电压性能，尽管过热会加速老化并带来安全风险。
温度既改变了电池的测量电阻，也改变了其可用电压。 因此，可靠的表征需要受控的热条件、充分的温度稳定以及考虑温度相关行为的电阻模型。
温度如何改变内阻
低温会增加欧姆电阻
在低温下，电解质的导电性变差，离子通过电解质和多孔电极的传输变慢。这些效应增加了电池的直流欧姆电阻，导致在施加电流时产生更大的瞬时电压降。
这种关系通常表示为：
[ V_{\text{terminal}} = V_{\text{OCV}} - I R_{\text{internal}} - V_{\text{polarization}} ]
当内阻升高时，在相同电流下，(I R) 损耗会变大。
低温会增加极化
低温也会增加极化电阻。较慢的电荷转移反应和减少的锂离子扩散会在电极和电解质内部产生更大的浓度梯度。
这种极化在负载事件期间随时间发展，因此电压响应可能包括瞬时下降和较慢的衰减。放电或脉冲持续的时间越长，传输限制就越明显。
高温会降低电阻
适度升高的温度可改善电解质电导率并加速电化学动力学。结果，欧姆损耗和极化效应通常都会降低，使电池能够以较小的动态电压损失维持电流。
内阻通常在室温附近达到低点，但确切数值取决于化学体系、电池结构、荷电状态 (SOC)、老化程度、电流和测量方法。
温度如何改变电压性能
低温电池表现出更大的电压降
在大倍率放电期间，即使开路电压变化很小，低温电池的端电压也可能大幅下降。主要区别在于负载下内部损耗的增加。
这可能导致电池更早达到其截止电压，从而降低可用容量和表观能量输出。这种效应在大电流测试和低温脉冲测试中尤为明显。
放电平台变得不稳定
在较高温度下，改善的反应动力学可以提高观察到的放电电压平台并增加可获取容量。在低温下，平台会变低，并且随着负载持续，可能会更急剧地下降。
因此，测得的电压不仅是电极材料的属性，也是对温度相关的传输和反应限制的响应。
低温下充电电压要求增加
低温充电期间较高的电阻会导致给定充电电流下的电压升高幅度更大。这可能导致电池更快达到其上限电压，并可能减少在恒压阶段接收的电荷量。
更重要的是，低温下缓慢的石墨嵌入会增加金属锂析出的风险，特别是在高荷电状态和大充电电流下。因此，应将低温充电与低温放电分开评估。
表征测试的实际测量内容
电阻取决于测试方法
短电流脉冲主要捕获瞬时电阻分量，而较长的脉冲还包括极化和扩散效应。因此，交流阻抗、直流脉冲电阻和连续放电测试会产生不同的电阻值。
报告的参数应明确测试持续时间、电流幅度、荷电状态、静置时间、温度和电压窗口。没有这些条件，“内阻”就不是一个完全定义的比较。
自热会改变结果
在持续的大电流放电过程中，焦耳热会提高电池的内部温度：
[ P_{\text{loss}} = I^2 R_{\text{internal}} ]
随着电池变暖，其电阻可能会降低，电压降在测试后期可能会变得不那么严重。这意味着连续放电曲线在一段时间后看起来可能比施加在保持低温的电池上的短脉冲要好。
脉冲测试和连续负载不同
短时大功率脉冲通常发生在明显的自热产生之前。因此，它比长放电更能直接揭示电池的冷态电阻。
为了进行有意义的表征，测试协议应区分冷脉冲性能和热演变的连续负载性能。
如何构建温度感知电池模型
在相关温度范围内进行测量
电阻和电压参数应在多个温度下测量，而不是从室温结果推断出来。测试应涵盖预期的工作范围，并包括相关的荷电状态和电流倍率。
环境试验箱和多通道电池测试仪有助于在不同电池和测试通道之间保持可重复的条件。
让电池达到热平衡
电池的表面温度可能在核心温度稳定之前就已稳定。过早开始测试可能会产生不一致的结果，因为测得的电响应反映了不断变化的热状态。
明确的静置期和明确的温度稳定性标准应作为测试程序的一部分。
将参数存储为表格或函数
电池模型通常使用查找表或参数关系来表示温度效应。电阻、极化时间常数、开路电压和容量都可以分配温度相关的值。
这使得测试或仿真系统在估计状态、预测电压或比较原型电池时能够补偿热变化。
将温度效应与电池差异分开
电池间的制造差异可能会掩盖热行为。使用标准化电池和受控制造工艺有助于将温度影响与电极负载、压缩、化成或组装方面的差异隔离开来。
在评估材料、电极压实条件和热管理策略时，这种区分非常重要。
理解权衡
越暖并不总是越好
适度的热量可以改善电压保持并降低电阻，但过高的温度会加速自放电、副反应和结构退化。高温还会降低循环寿命并增加热安全风险。
因此，产生最佳瞬时功率性能的温度可能对长期耐用性有害。
低温测试可能会低估电池能力
低温电池可能看起来容量较差或过早截止，因为其电压在负载下低于测试限值。部分看似损失的容量在电池变暖后可能会变得可用，但这并不意味着低温限制在实际应用中不重要。
低温性能应作为一种操作特性进行报告，而不是简单地视为测量缺陷。
温度梯度很重要
即使平均电池组温度看起来可以接受，电池组内部也可能包含处于不同温度的电池。这些电池将具有不同的电阻、电压响应和老化速率。
因此，控制电池组内的温差与控制其平均温度同样重要。
应避免未经证实的巨大电压声明
与温度相关的电压降幅度取决于电池格式、化学体系、电流、荷电状态、脉冲持续时间、截止标准和热历史。如果没有原始测试条件，不应概括特定值（例如多伏下降）。
表征报告应同时呈现电压曲线和测试参数，而不是引用孤立的温度效应。
如何将此应用于您的项目
当测试方法反映实际负载曲线且模型保留了每个参数的测量条件时，温度感知表征才变得有用。
- 如果您的主要关注点是低温功率： 使用稳定的冷脉冲测试，并分别报告瞬时电阻、极化电阻、电压跌落和截止行为。
- 如果您的主要关注点是容量测量： 使用受控的放电倍率和温度，并将热限制的可用容量与电池的室温参考容量区分开来。
- 如果您的主要关注点是电池建模： 填充电阻、极化、容量和电压的温度相关查找表或参数模型，而不是应用单一的室温电阻值。
- 如果您的主要关注点是充电性能： 在相关的荷电状态水平和电流下评估低温充电，并采取预防措施防止电压过度升高和锂析出。
- 如果您的主要关注点是耐用性和安全性： 将电测量与温度跟踪相结合，以识别电导率改善被加速的副反应和退化所抵消的点。
准确的锂离子表征将温度视为核心电气变量，而不仅仅是环境测试条件。
总结表：
| 因素 | 低温 | 高温 |
|---|---|---|
| 电解质电导率 | 降低 | 增加（适度） |
| 离子扩散 | 较慢 | 较快（适度） |
| 反应动力学 | 较慢 | 较快（适度） |
| 欧姆电阻 | 增加 | 降低（至某一点） |
| 极化电阻 | 增加 | 降低（至某一点） |
| 负载下电压降 | 较大 | 较小 |
| 放电平台 | 更低，更陡峭 | 更高，更稳定（适度） |
| 充电电压升高 | 较大（有锂析出风险） | 较小（直至极限） |
| 可用容量 | 减少（提前截止） | 增加（适度） |
| 负载下的自热 | 不显著 | 更显著 |
| 退化风险 | 较低（但有锂析出风险） | 较高（加速老化） |
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