为什么低温对锂电池造成的损坏是不可逆的？
我们从几个关键的方面来详细说说：
1. 电解液黏度的增加与离子传输能力的下降：
锂电池之所以能够工作，核心在于锂离子在正负极材料之间通过电解液进行传输。电解液通常是一种含有锂盐的有机溶剂。当温度降低时，任何液体都会变得更“稠”，也就是黏度增加。对于锂电池的电解液来说，黏度升高意味着：
锂离子在电解液中的扩散速度变慢。 想象一下在冬天，蜂蜜比夏天流动得慢得多，道理是一样的。
电解液的电导率下降。 锂离子在电解液中的传输不仅仅是扩散，还需要电场驱动。黏度增加会阻碍这种传输，整体上降低了电解液的导电能力。
这意味着什么呢？电池的内阻会大大增加，导致在低温下电池的输出电压急剧下降，无法提供所需的电流，也就表现为“没电”或“无法充电”。
2. 锂枝晶的生成与生长（尤其是在充电过程中）：
这是低温对锂电池损伤最主要、也最“不可逆”的根源之一。
充电时锂离子的嵌入速度不足： 在低温下，锂离子从电解液转移到负极材料（通常是石墨）表面的动力学受阻，以及嵌入石墨层间的速度变慢。
析锂现象： 为了维持电荷平衡，如果锂离子的供应速度（来自电解液）跟不上从正极“流出”的速度，或者在负极的“接收”能力不足，未嵌入到石墨层间的锂离子就可能在负极表面“堆积”起来，形成金属锂沉积。
枝晶的形成： 这种金属锂的沉积不是均匀的，而是容易形成针状、树枝状的结构，这就是所谓的“锂枝晶”。
枝晶的刺穿与短路： 锂枝晶非常锋利，它们会不断生长，极有可能刺穿电池内部的隔膜。隔膜的作用是隔离正负极，防止直接接触。一旦隔膜被刺穿，正负极就会发生物理短路。
不可逆的消耗与能量损失：
析出的金属锂是“死锂”： 一旦金属锂沉积形成，它就很难再被重新溶解回电解液中参与正常的充放电循环。这相当于电池内部的锂资源被浪费了。
SEI膜的破坏与重构： 锂电池负极表面会形成一层稳定的固体电解质界面膜（SEI膜）。这层膜对于电池的稳定性和寿命至关重要，它可以防止电解液分解，并允许锂离子通过。然而，锂枝晶的生长会反复刺穿、破坏SEI膜，然后新的电解液又会在析出的金属锂表面重新形成SEI膜。这种反复的SEI膜生成和破坏，会消耗更多的电解液和锂，并导致电池内阻进一步升高。
短路引发的热失控风险： 严重的短路会迅速释放大量能量，导致电池发热，如果控制不当，甚至可能引发热失控。
3. 电解液分解与性能衰退：
低温下的副反应： 虽然我们常说高温加速电池老化，但低温也会引发一些不利的化学反应。在某些情况下，电解液的某些组分在低温下可能发生缓慢的分解，尤其是在电池处于充电状态时。
电解液成分的改变： 这些分解产物会影响电解液的成分和性能，进一步阻碍锂离子的传输，并可能参与到SEI膜的形成过程中，导致电池容量衰减和内阻增加。
为什么这种损坏“看起来”不可逆？
1. 金属锂的形成： 一旦金属锂沉积到负极表面，并形成了枝晶，就很难再通过简单的“回温”让这些金属锂重新均匀地溶解回石墨层中，或者让它们回到电解液中重新参与电化学反应。它们就像是“沉淀”了下来，变成了电池中的“死物”。
2. SEI膜的反复损伤： SEI膜的反复破损和重构过程，伴随着电解液和锂的消耗，这是一个持续性的损伤过程，即使温度恢复，之前被破坏的SEI膜结构和消耗的材料也无法恢复。
3. 物理结构的改变： 锂枝晶刺穿隔膜是物理性的损伤，一旦隔膜被刺穿，就很难自行修复。
简单来说，低温对锂电池的“不可逆损坏”主要是指：
析锂形成的金属锂是永久性的锂损失。
与析锂相关的SEI膜损伤、电解液消耗以及隔膜破损，都会导致电池的容量衰减和内阻升高，这些性能的下降是难以通过升温等方式完全恢复的。
所以，尽管电池在温度恢复后“可能”还能用，但其潜能和寿命已经受到了永久性的损害。这就是为什么我们通常建议避免在极低温度下给锂电池充电，并且在寒冷环境下使用锂电池时要格外小心。
网友意见
首先说个人简要结论：低温下充电或放电对于电池影响都是不可逆的，造成容量跳水和严重安全隐患。超低温（-20oC）下长时间放置对电池也有不可逆破坏，降低其容量。
一、低温下锂离子电池充放电过程
锂离子电池的正极一般为三元（NCM）、磷酸铁锂（LFP）和钴酸锂（LCO），负极为石墨（Gr）。如图1所示，充电时，锂离子从正极晶格出来穿过电解液隔膜到负极，嵌入石墨层间。而放电时，则可以理解为从石墨负极层间出来，再回到正极晶格里。
温度一低，分子的运动能力下降了，整个反应速度，物质传输过程都会变慢，那么在电池里慢的最显著的就是锂离子/锂原子在石墨（负极）层间和正极晶格中的传输。于是有大量的锂堆积在电极与电解液界面。充电时，锂离子挤不进石墨层里就会直接在负极表面得到电子变成金属锂，堆积成锂枝晶。放电时，锂离子挤在正极晶格表面，又容易造成正极的破裂。
二、低温充电导致析锂，造成严重安全隐患
正常的电池充电时，锂离子有序的进入石墨层间，发生插层反应。但是在低温充电时，锂离子挤不进石墨层里就会直接在负极表面得到电子变成金属锂，成为转换反应（反应电位比插层反应低，可以理解为更难发生，但插层反应的物质扩散困难了，使得转换反应低温下易发生），堆积成锂枝晶（如图2）。我们初中化学里都学过，金属锂非常的活泼，能马上跟电解液反应，生成的物质也不可逆，造成容量损失。此外，金属锂持续生长，容易刺破隔膜与正极相连，造成内短路，易引发严重的安全事故。
三、低温放电诱导正极颗粒破裂
低温放电时，锂离子挤在正极晶格表面，又容易造成正极活性颗粒的破裂。一方面导致正极活性材料的损失，造成容量损失。此外，正极的过渡金属元素的析出会迁移至负极表面，转变成金属颗粒，诱导锂沉积的发生。
四、低温放置降低电池容量
最近有研究人员发现，电池仅在低温下放置48h，后继续放到室温下静置，随后进行容量测试。发现在低温长时间静置的电池，以小倍率充放电（慢充）时，容量会损失3.2%，但是大倍率充放电（快充）时，容量损失达6%。
低温放置下，造成的容量损失的原因是：1）低温加剧了正极的破裂。2）低温可能造成正极颗粒的旋转，从而使得它与粘结剂脱离，丧失电化学活性。
五、电池加热策略
目前无论是储能电站还是电动汽车里的电池，都有电池加热的策略。如储能电站里一般是空调或者热泵加热。电动汽车里的电池间通常有加热片，和整体的保温措施。今年八月某国产车企发布了高频脉冲加热方法。这类方法或多或少存在一些缺点，因此现在北方冬天电动汽车都面临着里程跳水现象。
参考文献：
[1]https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2019/popular-information/
[2] X. R. Chen et. al. J. Energy Chem. 2021 62, 289
[3] S. Kalluri et. al. Adv. Mater. 2017 29, 1605807
[4] J. Li et. al. Adv. Energy. Mater. 2021 2102122
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