行動電源的極限：零下溫度的效應

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作為一種比手機和平板都要簡單的產品，移動電源應該更能適應較低的環境溫度，必經由看起來簡單的電路板和電芯組成的產品，肯定要比手機和平板這些複雜的智能產品要皮實很多。而實際情況並非如此，移動電源在低溫環境下受到的影響並不比其他智能設備少，而且由於其內在的龐大電能，其因為低溫，意外發生的危害更大。

低溫對移動電源的影響主要表現在三個方面，第一，影響電芯內導電性和物質活性，降低電池容量；第二，讓電路板容易形成霧水導致短路，第三，長時間低溫會影響鋰電池容量。

鋰電池的基本結構基本上就是正負兩級以及中間的電解液，電荷隨著化學反應的遷移和填補讓電池實現正負極的電勢差而產生電流。

鋰離子電池：以18650為例的剖面圖

電解液

電解液在低溫環境下回變稠甚至凝結，充電效率會變低

在眾多環境要素中，溫度對電池性能的影響最大。鋰電池所用的電解液作為有機液體，如同油脂，會在低溫下變粘稠甚至凝結。此時，導電的鋰鹽在裡面的活動大大受到限制，這樣的話充電效率很低，從而會導致鋰電池在低溫下充電慢，充不滿，放電亦是如此。

聚合物電芯

鋰聚合物電池也是這樣，鋰聚合物電池的正負極和電解液至少有一項使用的是高分子材料，電解質則可以使用固態或膠態高分子電解質。因此，低溫環境對鋰聚合物電池同樣有影響。

鋰電池在各種溫度下的放電行為

在雖然很多移動電源標稱的正常使用溫度都較為寬泛，但是隨著溫度的降低，鋰電池放電性能顯著下降，放電平台明顯降低，放電容量明顯減小。當溫度降至-30 ℃時，電池的放電容量為室溫放電容量的87.0%，放電平均電壓比室溫時降低了0.598V，而起存儲的能量僅為普通環境的70%左右。鋰離子電池的恆流充電容量僅為充電總容量的14%，恆壓充電時間則會變得很長。

鋰電池在-40℃低溫以下會徹底凍壞

-20度以下，0.5C與1.0C的放電曲線，低溫條件下，
高倍率放電性能惡化(岡山大學學報)

而當你長時間在低溫環境中使用，或者在-40℃ 超低溫環境中，移動電源會被「凍壞」造成永久損害。

iPad鋰電池在低溫狀態下會禁用充電功能

這是因為，理論上鋰離子電池不能在溫度低於0℃的環境下對電池充電。雖然短時間沒有什麼影響, 但是鋰電池依舊會在陽極表面上會有金屬鋰析出。而且這個過程不可逆。因此，如果在低溫下重複充電, 對電池造成損害，降低電池的安全性，特別是在受到外界的擠壓、衝擊等。

改善作法

1.自加熱電池

近日,美國EC Power公司和賓州州立大學華人團隊發明了一種新穎的高性能鋰離子電池:全氣候電池(All Climate Battery)。他們的研究成果刊登在1月20號的世界最頂級期刊《自然》上。

這種電池在零下30度的動力性能是常規鋰離子電池的10倍以上,而常溫和高溫性能不受影響。全氣候電池巧妙地利用了一種自發熱電池結構而無需複雜的外部加熱系統,使處於零下30度環境的鋰離子電池在短短30秒內迅速自加熱到零度左右,使其放電功率提高6倍以上,充電功率則提高10倍以上。而且自加熱效率高達90%。此技術有望進一步提高:自熱可縮短在幾秒之內完成。消耗電池本身的能量在1%之內。

自加熱電池

這種自加熱系統對電池的循環壽命沒有太大影響,而且增加的成本不到1美金/kW,額外增加的重量不超過電池整體重量的1.5%。全氣侯電池目前已由EC Power公司批量生產。

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