为什么在低温下给锂离子电池充电会危害电池？

根据我在多个来源（电子设备的用户手册，各种论坛等）中发现的信息，我不应该在低温下为锂离子电池充电，因为这会损坏电池。但是，目前还不清楚他们将受到哪种伤害，以及为什么他们完全会受到伤害。

是真的吗 如果是这样，那么有人可以向我解释在低温下为锂离子电池充电时导致损坏的电子和/或化学过程的性质吗？

“低温”非常模糊。首先，让我实际指定一些实数和硬数。

请勿为32°F / 0°C以下的锂离子电池充电。换句话说，切勿对低于冰点的锂离子电池充电。

甚至执行一次将导致突然的，严重的永久性容量损失，数量级提高几十个百分点甚至更多，并且内部阻力也将类似且永久性地增加。这种损坏仅在一次孤立的“冷充电”事件之后发生，并且与电池的充电速度成正比。

但是，更重要的是，已冷充电的锂离子电池并不安全，必须安全地回收或丢弃。所谓不安全，是指它可以正常工作，直到由于机械振动，机械冲击或刚达到足够高的充电状态而随机爆炸。

现在，实际回答您的问题：这是为什么？

这需要快速总结一下锂离子电池的工作原理。它们具有阳极，阴极和电解质，就像其他任何电池一样，但是有一个扭曲：锂离子实际上在充电过程中从阴极移动到阳极并嵌入其中。插入的要点是分子或离子（在这种情况下为锂离子）塞在某些材料晶格的分子间隙之间。

在放电期间，锂离子离开阳极并返回阴极，并且同样嵌入到阴极中。因此，阴极和阳极都充当锂离子的“海绵”。

当大多数锂离子插入阴极时（意味着电池处于相当放电的状态），由于体积应变（由于所有多余的原子楔入其晶格之间），阴极材料将略微膨胀。这是因为插入力转换为内部应力（类似于钢化玻璃），因此体积应变很小。

在充电期间，锂离子离开阴极并嵌入石墨阳极中。石墨基本上是一种碳饼干，由一堆石墨烯层制成以形成聚集的饼干结构。 美国饼干结构。

这大大降低了石墨阳极将嵌入力转换为内部应力的能力，因此阳极承受的体积应变明显更大-如此之大，以至于实际上它的体积会增加10-20％。在设计锂离子电池时，必须（而且-除非是某些三星手机电池，否则）必须允许这样做-否则阳极会慢慢变弱，甚至最终刺穿将阳极与阴极分开的内膜，从而导致牢房内部的空洞。但是只有一堆焦耳被推入电池（因此扩大了阳极）。

好吧好吧，但是这与低温有什么关系？

当您在低于冰点的温度下为锂离子电池充电时，大多数锂离子将无法嵌入石墨阳极中。相反，它们用金属锂电镀阳极，就像用阴极贵金属电镀阳极硬币一样。因此，充电会使阳极电镀锂，而不是再给阳极充电。如果允许电池静置，则一些离子会嵌入阳极，而金属镀层中的某些原子将在20多个小时后嵌入，但大多数不会。这是容量降低，内部电阻增加以及危险的根源。

如果您已经阅读了有关“为什么锂离子电池周围会有如此多的恐惧？”这一问题的堆叠交换相关答案，则您可能会发现情况如何。

阳极的锂镀层不好，不光滑甚至不均匀-它形成为树枝状晶体，在阳极上生长的锂金属几乎没有尖锐的卷须。

与其他同样由阳极金属锂镀层引起的故障机制一样（尽管出于不同的原因），这些树枝状晶体会在阳极膨胀并迫使其进入分离膜时对分离膜施加意外压力，如果您不走运的话，这将导致薄膜在一天之内出乎意料地失效（或者立即失效，有时树枝状晶体只是在其中刺破一个孔并接触到阴极）。这当然会使电池排气，点燃其易燃的电解质，并破坏您的周末（充其量）。

但是，您可能会想，“ 为什么低于冰点的温度会导致阳极的锂金属镀层？”

不幸和不令人满意的答案是我们实际上并不知道。我们必须使用中子成像技术来观察正在运行的锂离子电池的内部，并考虑到全世界只有约30个（我认为是31个）活跃的研究反应堆（充当中子源的核反应堆）可用于科学研究。大学而不是用于医学同位素生产，而且所有人都以24/7的价格预订实验，我认为这只是一个耐心问题。仅仅由于设备时间的匮乏，锂离子电池的中子成像只有少数情况。

我相信上次专门用于此低温问题的时间是2014年，这是本文。

尽管有头条新闻，但他们仍然还没有真正真正解决导致细胞凝固的原因，而不是在细胞低于冰点时嵌入。

有趣的是，实际上有可能在低于冰点的情况下给锂离子电池充电，但只能在低于0.02C的极低电流下充电（充电时间超过50小时）。市场上也有一些特殊的外来电池，这些外来电池经过专门设计，可以在寒冷的温度下充电，通常成本很高（无论在货币上还是在其他领域的电池性能方面）。

注意：我还要补充一点，在低于冰点的温度下为锂离子电池放电是绝对安全的。大多数电池的放电温度额定值为-20°C甚至更低。只需要避免给“冷冻”电池充电。