综述：高温锂离子电池的最新进展：材料、性能、创新及未来挑战

《Journal of Energy Chemistry》：Recent developments in elevated-temperature lithium-ion batteries: materials, performance, innovations, and future challenges

该综述系统分析了高温下锂离子电池的挑战，探讨电解质设计、添加剂优化和热管理策略，指出未来需突破材料稳定性和界面反应难题，以提升电池在极端温度下的性能。

　　

Mehdi Shanbedi | Hossein Shahali | Andreas A. Polycarpou | Ahmad Amiri

机械工程系，塔尔萨大学，塔尔萨，俄克拉荷马州，74104，美国

摘要

随着锂离子电池（LIBs）在电动汽车（EVs）、航空航天系统和工业储能等高要求应用中的日益普及，其在高温条件下的性能已成为一个关键问题。本文综述了电解质设计和溶剂化结构的最新进展，旨在提高LIBs在高温下的热稳定性和电化学性能。文章对各种电解质进行了分类和评估，包括液态电解质（碳酸盐、醚类、酯类和离子液体）、固态电解质（氧化物、硫化物和聚合物）以及混合配方。文章重点分析了温度对离子导电性、热降解、电化学行为和表面钝化的影响。特别关注了功能性添加剂的使用、替代溶剂系统、能够减缓热降解的工程材料以及先进热管理策略的整合。最后，本文指出了当前存在的挑战，并概述了提高下一代LIBs寿命、安全性和高温（定义为50-60°C以上）耐受性的关键研究方向。强调了创新材料设计和系统级方法在极端热环境中实现电池稳健性能的重要性。

术语表

命名法

电池的电极电位（电压） 标准电极电位 法拉第常数 电子数 氧化物的浓度R 气体常数 还原物的浓度 温度（K）

E

E°

F

n

[Ox]

Rct 电荷转移电阻

RSEI 固态电解质界面电阻

[Red]

T

Tg 玻璃化转变温度（K）

高温锂离子电池的结构和组成

锂离子电池（LIBs）是最广泛使用的储能技术之一，通常由四个核心组件组成：阳极、阴极、电解质和隔膜。这些组件显著影响电池的整体电化学性能、安全性和稳定性。温度对这些组件的性能有显著影响。高温会引入挑战和降解机制，从而影响LIBs的性能，在某些情况下甚至会危及安全性。

高温锂离子电池的主要挑战

如上所述，LIBs的性能高度依赖于温度，而高温条件是导致电池容量下降、效率降低、安全性减弱和循环稳定性降低的主要因素。尽管LIBs在相对温和的温度（通常为20°C至30°C）下具有较高的容量和耐用性，但在较高温度（通常超过60°C）下，它们的性能会显著下降[37]。高温条件是其中最

提高锂离子电池高温性能的策略

与低温系统不同，高温电池不会遇到反应动力学缓慢或溶剂化问题。其主要问题在于电解质分解过程中形成的混合层（SEI/CEI）的不稳定性。要提高LIBs在高温下的性能，需要仔细优化电解质组成并有效控制表面反应[87],[88]。 传统上认为，锂金属阳极

高温锂离子电池电解质方面的最新进展

锂离子电池在许多领域（如电动汽车和储能系统）中发挥着关键作用。然而，在高温条件下运行时，它们面临重大挑战。许多传统电解质在高温下容易分解，导致容量损失、内部电阻增加以及安全问题（如热失控TR）。电解质是关键组成部分，因为它们促进了锂离子在电池阳极和阴极之间的传输。 最近，

未来的挑战、研究方向和总结

随着电动汽车、工业储能、航空航天和国防领域对高温锂离子电池需求的增加，迫切需要改进现有技术以克服当前瓶颈。随着工作温度的升高，电解质分解加剧，界面副反应增多，电极材料降解，导致效率降低、寿命缩短以及安全问题（如热失控TR）。因此，解决这些挑战对于开发可靠的

CRediT作者贡献声明

Mehdi Shanbedi： 撰写——审稿与编辑、初稿撰写、概念构思。 Hossein Shahali： 撰写——审稿与编辑、初稿撰写、概念构思。 Andreas A. Polycarpou： 撰写——审稿与编辑。 Ahmad Amiri： 撰写——审稿与编辑、监督、项目管理和资金获取。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究主要由美国国家科学基金会（NSF）资助，项目编号为2521593，项目名称为“双溶剂系统中用于超低温下增强电化学性能的溶剂化动力学”（CBET化学、生物工程、环境和运输系统部门），资助方为塔尔萨大学。我们非常感谢这一支持，它使我们能够完成该项目。同时，我们也向MACCOR公司的总裁Andy MacKay和Helen MacKay表示衷心的感谢。