鋰電池的耐低溫達到零下35度，石墨還會成為首選嗎？

眾所周知，在新一代的能源市場，中國唯一掌握並佔據強大議價能力的是鋰電池，國內的鋰電池行業也比較全面，雖然一些加工裝置需要外部裝置進行加工，但中國的主要陽極和陰極材料極其豐富。鋰電池的正負極材料、生產裝置和製造商是中國市場上最大的，中國最具代表性的企業，寧德時代和比亞迪，都是鋰電池行業的巨頭。

其實鋰電池的優勢促使其不斷成長，新能源汽車蓬勃發展，也帶動了鋰電池產業的深入發展，動力鋰電池在電池中的比例正在上升。由於鋰電池比傳統電池具有更大的優勢，在同等容量下容量更大，生產、使用和回收過程更加綠色環保。

雖然目前大多數電動汽車都配備了電池加熱系統，以確保電池的效能不會盡可能下降，但加熱系統會消耗大量的電池能量，這也會導致電動汽車的耐久性下降。結果表明，石墨作為最先進的商用鋰離子電池負極，其比放電容量在零下20℃時從372迅速下降到12。

鋰離子電池在低溫下效能不佳，這嚴重限制了電動汽車在寒冷地區的普及，在過去幾年中，科學家發現大多數問題與離子本身的運動有關，鋰離子在寒冷天氣下很難透過電解液正確到達電極。而鋰電池目前的能量密度可以滿足500到750km範圍內電動汽車的要求。

也就是說，汽車的整個底盤都是汽車電池。因此，如果需要更高的容量才能達到1000公里甚至2000公里，就有必要提高鋰電池的能量密度。因此，在鋰電池細分中，三元電池逐漸取代成熟穩定的磷酸鐵鋰電池。成為新一代的首選。

到目前為止，各種策略主要集中在電解質和電極上。透過定製電解液結構和引入電解液新增劑來降低冰點和提高離子電導率，即透過製造更多耐寒電解液來解決上述問題；或者修改電極結構以減少介面處的電荷轉移勢壘。

在極冷的溫度下，鋰離子與石墨層碳位之間的結合太弱，這可能是鋰離子電池低溫執行的基本障礙。因此，解決低溫電池容量損失的關鍵是調整碳陽極的表面電子結構，從而加強鋰離子與吸附位點之間的協調，降低電荷轉移過程的活化能。

鋰電池是一種以含鋰材料為電極的可充電電池，由正極、隔膜、負極、電解液和電池外殼五部分組成。根據應用領域，鋰電池市場可分為三類：小型鋰電池、動力鋰電池和儲能鋰電池。研究人員在電極材料的耐低溫性方面取得了首次突破，他們透過沸石咪唑酯骨架在低溫下，直接熱解制備了錨定在十二面體碳骨架上的多層洋蔥狀碳奈米球。

而這些奈米球具有非共面黎曼表面和正曲率，在室溫25°C下，經過50次充放電迴圈後，鋰離子電池用碳奈米球碳陽極的比放電容量為823mah/g，而石墨作為對照的比放電容量為372mah/g。當溫度降至零下10°C時，其容量難以置信地保持在756mah/g。

當溫度進一步降低到-20°C時，仍顯示出624mah/g的高可逆容量，容量損失約為14%，遠遠超過業界最先進的零曲率石墨平面。即使溫度繼續下降至-35°C，在200次充放電迴圈後，該碳負極的容量仍保持在160mah/g，而石墨負極的容量已完全喪失，電池在這種低溫條件下停止執行。

零下20°C對於人類生活環境來說已經是非常低的溫度，使用這種新型碳負極的鋰離子電池的容量損失僅為14%，如果這種耐低溫的電極材料可以商業化使用，這意味著電動汽車車主將不再擔心在嚴寒天氣下汽車行駛里程的衰減，這無疑將推動電動汽車在世界上的普及。

總之，鋰電池的應用領域和比例在不斷變化。未來的前景應該集中在電動工具、新能源汽車、輕型電動汽車和儲能系統上。未來幾年，這些領域的工業規模應保持翻倍的趨勢。各種新技術的突破和應用必將使我們的生活更加美好，鋰電池的未來發展潛力巨大，但同時風險也顯而易見。