环境温度对锂离子电池的放电容量具有直接的非线性影响。 低温会减缓离子传输，增加电解液粘度和内阻，并加剧电化学极化，从而降低电压和可用容量。较高的温度通常会改善反应动力学和表观容量，但也会加速副反应、自放电和长期退化。因此，必须进行集成温度控制，以将真实的电池性能与温度引起的测试偏差区分开来。
同一块电池根据其热环境的不同，表现出的容量可能大相径庭。 精确的温度控制使放电结果具有可重复性，支持准确的荷电状态（SOC）估算，并揭示电池在其预定工作范围内的性能和老化情况。
温度为何会改变放电容量
低温限制了离子传输
随着温度下降，电解液的导电性变差，粘度增加。锂离子穿过电解液和电极界面的速度变慢，限制了电池支持所施加放电电流的能力。
这种限制增加了内阻和极化。电池内部损耗了更多的电压，导致端子处可用的电压减少，并使电池更快达到截止电压。
低温降低的是可用容量，而非理论容量
低温下的电池可能仍含有理论上可以参与反应的锂，但现有的放电条件阻止了电池完全利用这些锂。结果就是可用容量和能量的减少。
主要参考资料表明，在 −30 °C 时容量可能下降约 20%，尽管具体的减少量取决于化学体系、电池设计、放电倍率、截止电压和热历史。
放电倍率放大了这种影响
高 C 倍率（C-rate）会产生更大的电压损耗，因为电流与电池在低温下增加的电阻相互作用。一个在低电流下表现尚可的电池，在较高电流下放电时可能会迅速达到电压截止点。
这就是为什么必须将温度和 C 倍率结合起来评估，而不是将其视为独立变量的原因。
为什么高温可能具有误导性
温暖的电池最初能提供更多容量
提高温度可以改善反应动力学和离子迁移率。较低的内阻可以产生更高的工作电压，并使电池在放电测试中释放出更多的标称容量。
这种改善通常在正常工作条件下（通常在 20–30 °C 左右）最为有用，尽管首选范围因化学体系和测试目标而异。
热量会加速寄生反应
改善短期动力学的温度升高，同样也会加速不必要的化学反应。这些反应会增加自放电、消耗活性锂、损坏电极界面，并导致结构退化。
因此，电池在高温下可能显示出更高的瞬时放电容量，但在反复循环中却会经历更快的容量衰减。
测试过程中温度可能会发生变化
大电流放电会产生内部热量。如果测试系统仅控制箱体空气温度，电池温度可能会升至标称环境值以上。
这可能会人为地提高表观的高倍率容量，或者使结果难以重现。相关的变量是电池的实际温度，而不仅仅是环境试验箱上显示的设定值。
为什么温度控制在实验室测试中至关重要
它将温度作为实验变量进行隔离
电池测试旨在测量所选变量（如化学体系、电极设计或 C 倍率）的影响。不受控制的温度会引入另一个可能主导结果的变量。
它提高了容量测量的准确性
容量是根据电流对时间的积分计算得出的，但测试在电池达到指定的电压截止点时结束。温度既影响放电电压曲线，也影响达到该截止点的速率。
如果没有温度控制，两个标称相同的电池可能会产生不同的测量容量，仅仅是因为它们在不同的温度下进行了测试，或者经历了不同程度的自加热。
它支持可靠的 SOC 估算
SOC 估算取决于电压、电流、温度和电池历史之间的关系。由于温度会改变极化和端电压，如果忽略温度，基于电压的 SOC 估算可能会产生显著偏差。
受控温度测试提供了表征这些关系并开发更可靠的电池管理系统模型所需的数据。
它揭示了电池的工作范围
完整的电池表征应显示电压、容量、电阻和功率能力如何在预期的热范围内变化。环境控制使得系统地绘制这些性能边界成为可能。
这对于涉及冷启动、高环境温度、快速充电或持续高功率运行的应用尤为重要。
集成热测试系统应控制什么
箱体温度是必要的，但并不总是足够的
环境试验箱控制周围的空气，但电池可能无法立即达到该温度。大型电池、夹具和大电流测试会产生温度梯度和热延迟。
因此，测试应留出足够的稳定时间，并在适当的情况下直接测量电池表面或内部温度。
热控制必须与电气控制协同工作
电池循环测试仪控制电流、电压和截止条件。热系统控制电池的热环境。这些系统必须协同运行，以便将电气事件（如大电流脉冲）与产生的温度响应相关联。
这种协调对于区分电化学行为与热偏差至关重要。
测量数据必须包含温度
如果没有温度记录，电压、电流、容量和循环次数是不完整的。在整个测试过程中，包括在静置、充电、放电和热转换期间，都应记录温度。
对于多通道系统，同步的温度和电气数据允许研究人员比较电池并识别通道间的差异。
理解权衡
低温测试可能会低估材料能力
低温测试可能显示出较差的容量，这是由于传输限制和极化造成的，而不是活性材料的永久性损坏。这一结果在操作上仍然很重要，但不应自动将其解释为内在的化学限制。
研究人员应区分可恢复的低温性能损失与因低温操作或不当充电导致的不可逆退化。
高温测试可能会高估短期性能
升高温度可能会增加短时间放电期间测得的容量和电压稳定性。然而，同样的条件在较长时间的测试中可能会加速退化、自放电和副反应。
因此，不能仅凭高温测试来预测循环寿命或长期的现场性能。
通用的温度声明是不可靠的
诸如“电池在特定温度以下无法使用”之类的说法并不适用于所有锂离子化学体系或电池设计。电解液配方、电极结构、添加剂、电池格式、放电倍率和截止限制都会影响结果。
与温度相关的容量应作为特定电池和测试协议的测量特性进行报告。
温度控制不能消除所有差异
即使有受控的试验箱，夹具接触、电池方向、气流、热梯度和稳定时间的差异也会影响结果。良好的实验室规范要求一致的安装、校准的传感器、可重复的程序和记录在案的热条件。
为您的目标做出正确的选择
温度受控测试应围绕数据所支持的决策进行设计。
- 如果您的主要关注点是放电容量： 控制并记录电池温度、C 倍率、电压截止点和稳定时间，以便容量结果具有可比性。
- 如果您的主要关注点是 SOC 估算： 表征整个温度范围内的电压、电阻和滞后，而不是依赖室温数据。
- 如果您的主要关注点是循环寿命： 包括高温循环，因为温暖的条件会加速容量衰减并暴露退化机制。
- 如果您的主要关注点是低温性能： 在低温下使用与应用相关的 C 倍率进行测试，同时区分可逆的极化损耗与永久性损坏。
- 如果您的主要关注点是高功率行为： 结合同步的电气和热测量，以考虑放电过程中的自加热。
- 如果您的主要关注点是产品认证： 使用集成的电池循环测试仪和环境控制系统，以记录在案且可重复的条件再现预期的工作范围。
受控温度测试将电池容量从一种依赖于环境的观察结果转变为可靠的工程数据。
总结表：
| 温度条件 | 对放电容量的影响 | 原因 |
|---|---|---|
| 低温 | 可用容量减少（在 -30°C 时最高可达约 20%） | 离子传输变慢、粘度增加、内阻和极化增加 |
| 高温 | 初期容量较高，但退化较快 | 动力学改善，但副反应、自放电和结构退化加速 |
| 温度不受控 | 结果不可重现且具有误导性 | 环境变化和自加热掩盖了真实的电池性能 |
| 集成温度控制 | 可重现、准确的容量数据 | 将温度作为变量隔离，支持 SOC 估算，并绘制性能边界 |
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