電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李彎彎）2月10日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所陳忠偉研究員團隊在黑龍江漠河完成了超低溫鋰電池實地測試。這一成果意義非凡，標(biāo)志著我國自主研發(fā)的電池技術(shù)取得重大進展，能夠支撐各類設(shè)備在極端低溫環(huán)境下實現(xiàn)“即插即用”，成功破解了極寒地區(qū)電池能源供給的難題。

團隊低溫電池技術(shù)負責(zé)人張盟副研究員介紹，團隊自主研發(fā)的超低溫電池技術(shù)及配套人工智能電源管理系統(tǒng)，通過創(chuàng)新性地設(shè)計耐低溫電解液、開發(fā)準(zhǔn)固態(tài)功能性隔膜，并融合先進的AI電池管理算法，有效解決了傳統(tǒng)鋰電池在低溫下活性驟降、續(xù)航銳減甚至無法工作的行業(yè)痛點。這一突破，為我國在極寒環(huán)境下的能源自主性和科技裝備可靠性提供了堅實的戰(zhàn)略支撐。

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圖：中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所陳忠偉院士團隊
在黑龍江漠河完成超低溫鋰電池實地測試

行業(yè)痛點：鋰電池低溫下性能驟降、續(xù)航銳減

鋰電池作為一類由鋰金屬或鋰合金為正/負極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池，自1912年鋰金屬電池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究，20世紀(jì)70年代M. S. Whittingham提出并開始研究鋰離子電池以來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，已成為主流電池。然而，傳統(tǒng)鋰電池在低溫下卻面臨諸多問題，如性能驟降、安全隱患和充電困難等。

性能驟降是低溫下傳統(tǒng)鋰電池的突出問題。液態(tài)電解液在低溫下會變得粘稠，鋰離子在正負極間游動阻力（內(nèi)阻）急劇增大，-20℃時內(nèi)阻可能增至常溫的3 - 5倍。離子活性降低使電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)變慢，大量電量無法釋放，-20℃時放電容量可能只剩常溫的50% - 60%，電動車?yán)m(xù)航里程“腰斬”。同時，內(nèi)阻增大使電池?zé)o法提供大電流，電動車加速無力、爬坡困難，甚至高負載下斷電保護。

安全隱患也不容小覷。低溫充電時，鋰離子活性降低，無法順利嵌入負極石墨層，會在負極表面還原成金屬鋰，形成鋰枝晶。鋰枝晶鋒利，會刺破電池內(nèi)部隔膜，導(dǎo)致正負極直接接觸，引發(fā)內(nèi)部短路，不僅永久損壞電池，還可能引發(fā)熱失控，造成起火或爆炸，威脅生命財產(chǎn)安全。

充電困難同樣困擾著傳統(tǒng)鋰電池。通常，傳統(tǒng)鋰電池在0℃以下就無法正常充電或充電效率極低。在極寒地區(qū)，設(shè)備關(guān)機后可能無法啟動。電動車采用電池預(yù)加熱系統(tǒng)，但會形成“電量越少越冷，越冷越耗電”的惡性循環(huán)，加劇續(xù)航縮水。

這些痛點影響范圍廣泛，涉及多個重要領(lǐng)域。如在新能源汽車領(lǐng)域，低溫問題制約其在北方市場普及。續(xù)航里程“打折”、充電時間變長，甚至高速公路拋錨等情況頻發(fā)，影響消費者購買意愿和使用體驗。

隨著低空經(jīng)濟成為國家戰(zhàn)略，電池怕冷成為無人機產(chǎn)業(yè)向北方推廣的最大障礙。以黑龍江漠河為例，冬季氣溫常低于-30℃，傳統(tǒng)物流無人機原本能飛30分鐘，在此環(huán)境下可能5分鐘就沒電，導(dǎo)致快遞配送無法覆蓋，南北物流體驗差距大。高海拔地區(qū)風(fēng)力發(fā)電機葉片巡檢依賴無人機，低溫下電池電壓不穩(wěn)，可能使無人機在強磁場中失控，撞擊風(fēng)機造成事故。

破局之法：研發(fā)耐低溫電解液、融合AI電池管理算法

為解決鋰電池在低溫下性能驟降、續(xù)航銳減、甚至無法工作的難題，科研團隊與企業(yè)進行了多方面的探索，如材料革新、電池管理系統(tǒng)優(yōu)化、探索替代路線等。

材料革新是關(guān)鍵方向，研發(fā)耐凍電解液是重中之重。傳統(tǒng)電解液低溫易變粘甚至凝固，科學(xué)家嘗試探索新溶劑。2025年12月，中國科學(xué)院物理研究所/蘇州大學(xué)團隊開發(fā)出基于2 - 甲基四氫呋喃（2MT）的新型電解質(zhì)，凝固點極低（-117℃），分子結(jié)構(gòu)能降低鋰離子“脫溶劑化”阻力。在 -60℃極寒下仍保持液態(tài)，-30℃下磷酸鐵鋰/石墨電池循環(huán)300周后容量保持率達90.36%，還實現(xiàn)5C快充。

2024年3月，浙江大學(xué)范修林團隊設(shè)計出基于氟乙腈的新型電解液，支持鋰電池在 -70℃到60℃超寬溫區(qū)工作，能10分鐘快充，其溶劑分子小、與鋰離子作用力弱，讓鋰離子快速移動。

針對負極低溫嵌鋰?yán)щy、易析鋰問題，科研人員在電極材料和固態(tài)電解質(zhì)界面（SEI）上創(chuàng)新。傳統(tǒng)石墨負極低溫“吞吐”鋰離子慢且易析鋰枝晶，科學(xué)家嘗試用鈦酸鋰、鋁基或硅基材料替代。2023年，中科院深圳先進院發(fā)明基于鋁基負極的新型寬溫域鋰電技術(shù)，研發(fā)出我國首款寬溫域、低成本、長壽命電芯產(chǎn)品，最低工作溫度達 -70℃，最高達80℃，可實現(xiàn) -30℃低溫正常充電，該技術(shù)已應(yīng)用于戶外儲能、光伏儲能等領(lǐng)域。

2025年2月，西安交通大學(xué)丁書江團隊突破傳統(tǒng)認知，發(fā)現(xiàn)低溫下溶劑衍生的富含有機物的SEI因界面力和孔隙擴散機制優(yōu)勢，表現(xiàn)出更低界面阻抗。采用有機硅電解液結(jié)合低溫化成循環(huán)構(gòu)建富含有機物的SEI，使鋰金屬電池在 -40℃條件下容量提高22.5%。

除材料革新，通過電池管理系統(tǒng)（BMS）和熱管理技術(shù)保障電池工作環(huán)境也很重要。自適應(yīng)熱管理技術(shù)可在不改變電池化學(xué)體系前提下，利用電池內(nèi)部阻抗或外部加熱片讓電池快速升溫。比亞迪等車企應(yīng)用的脈沖自加熱技術(shù)，通過電池高頻充放電循環(huán)產(chǎn)生熱量提升電池包溫度。融合AI技術(shù)的方案也為鋰電池發(fā)展帶來新機遇，利用人工智能算法精準(zhǔn)預(yù)測電池低溫狀態(tài)，優(yōu)化充放電策略。中科院大連化物所在此次突破中，除材料創(chuàng)新還融合先進AI電池管理算法，智能調(diào)控電池極寒工作狀態(tài)，將續(xù)航衰減率控制在極低水平。

業(yè)界還探索替代路線，嘗試鈉電池。鈉離子電池電解液低溫表現(xiàn)通常優(yōu)于鋰離子電池，雖能量密度稍低但耐寒性好。2026年2月5日，寧德時代與長安汽車在牙克石聯(lián)合亮相首款鈉電量產(chǎn)乘用車，該車型年中上市。牙克石冬季氣溫常在 -30℃左右，此次推出鈉電池在 -40℃極寒下容量保持率超90%，可在 -50℃極寒中穩(wěn)定放電。此前，2024年1月江淮旗下花仙子鈉電版交付首批用戶，只不過市場反響冷淡。

中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所陳忠偉院士團隊也基本是從這幾個方向進行探索，通過設(shè)計耐低溫電解液、開發(fā)準(zhǔn)固態(tài)功能性隔膜并融合先進AI電池管理算法，解決傳統(tǒng)鋰電池低溫痛點。其技術(shù)核心包括引入低冰點溶劑和功能化添加劑降低電解液凍結(jié)點，保證 -40℃極端環(huán)境下電解液流動性；開發(fā)準(zhǔn)固態(tài)功能性隔膜，結(jié)合液態(tài)導(dǎo)電和固態(tài)安全性；AI算法實時監(jiān)控電池狀態(tài)，優(yōu)化充放電策略。

該團隊在黑龍江漠河完成超低溫鋰電池實地測試，在 -34℃極寒中，無需外部保溫措施的電池靜置超8小時仍保持超85%有效容量，成功驅(qū)動工業(yè)級無人機完成任務(wù)模擬。張盟表示，該成果有望破解極寒地區(qū)電池“怕凍”的困境，為我國乃至全球在高寒條件下的森林防火、電力巡檢、應(yīng)急通信等作業(yè)場景注入“溫暖能量”。

寫在最后

鋰電池在低溫環(huán)境下面臨的性能驟降、安全隱患和充電困難等問題，嚴(yán)重制約了其在新能源汽車、低空經(jīng)濟、極低科考等各個領(lǐng)域的發(fā)展。為了解決這些問題，科研團隊和企業(yè)從材料革新、AI電池管理以及鈉電池嘗試等多個方面進行了不懈探索，并取得了一系列重要突破。

中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所陳忠偉院士團隊通過創(chuàng)新設(shè)計耐低溫電解液、開發(fā)準(zhǔn)固態(tài)功能性隔膜和融合AI電池管理算法，成功實現(xiàn)了超低溫鋰電池的實地測試，為解決極寒地區(qū)電池能源供給難題提供了有效方案。這一成果不僅將提升我國在極寒環(huán)境下的能源自主性和科技裝備可靠性，也為全球相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展貢獻了中國智慧和中國方案。