眾所周知溫度對鋰離子電池的性能有著十分重要的影響，溫度過低時由于電解液粘度的增加，SEI膜阻抗增大，石墨負極動力學性能變差，會導致電池的電化學極化增加，極大的降低電池放電能力，例如一輛在23.9℃下能夠行駛105英里的電動汽車，在-6.7℃下僅能行駛60英里左右。

同時低溫充電是十分危險的，會導致鋰枝晶的產(chǎn)生，引發(fā)嚴重的安全問題，因此電動汽車電池組設計方面，電池的加熱和散熱裝置一直是必備部分，加熱裝置一方面增加了車用鋰離子電池組的成本，增加了電池組重量，此外復雜的設計往往會導致電池的可靠性降低，因此一種能夠適應低溫環(huán)境的高可靠鋰離子電池就應運而生。

以往為了提高鋰離子電池的低溫性能，往往我們需要對電解液和電極等做出相應的調整，以高成本和性能犧牲為代價，提升鋰離子電池的低溫性能。最近研究者們提出了一種新的思路，不更換低溫電解液以及電極配比，僅從電池結構入手，通過在電池內部極板之間插入涂有聚合物絕緣層的Ni箔，實現(xiàn)了鋰離子電池自加熱功能，能30s內將鋰離子電池從-30℃加熱到0℃，而這一過程僅僅消耗5.5%的電池能量。相比于外部加熱帶的鋰離子電池加熱方式，內部加熱方式熱效率更高，能夠有效的降低加熱能耗。

近日美國濱州州立大學的Xiao-GuangYang等針對自加熱電池進行了研究，并提出了優(yōu)化改進方案。一般來講，自加熱電池設計是將帶有加熱功能的Ni箔嵌入到軟包方形鋰離子電池的中間位置，試驗中Xiao-GuangYang等在軟包方形電池的中間嵌入了一片厚度為50μm的Ni箔，20℃下的電阻為56.2mΩ，兩側各包有28μm的絕緣包覆層。控制設計原理為，Ni箔的一端與負極相連，另外一段通過一個控制開關與負極相連，外電路與Ni箔有開關的一端相連，在溫度低于0℃時，開關打開，強制電流流經(jīng)Ni箔產(chǎn)生熱量，當電池溫度達到0℃后，溫控開關閉合，停止加熱。由于Ni箔的電阻與溫度呈線性關系，因此可以通過測量Ni箔的電阻來確定電池內部的溫度，電池外表的溫度可以通過熱電阻進行測量。

實驗中發(fā)現(xiàn)，由于鋰離子電池結構的導熱系數(shù)較低，當電池表面的溫度從-20℃升到0℃時，位于電池中間Ni箔的溫度達到了30℃左右，在電池內部與表面之間形成了很大的溫度梯度，這一溫度差異會導致不同電池極片放電倍率的差異，在試驗中發(fā)現(xiàn)在開始加熱10s后，中心部位的極片由于溫度較高，放電倍率達到了9C，而邊緣的極片由于溫度較低，因此放電倍率僅為5C。自加熱過程，由于較大的溫度梯度的存在，對電池的性能產(chǎn)生了不良的影響，同時也導致電池的加熱能耗較大。

研究發(fā)現(xiàn)，電池導熱效率越高，電池的溫度梯度越小，可以使自加熱過程更加高效，耗能更少。為了減少自加熱鋰離子電池的溫度梯度，Xiao-GuangYang等進行了多層Ni箔設計，幾層Ni箔并聯(lián)，Ni箔電阻設計使得并聯(lián)后總的電阻值為56.2mΩ，多層加熱片的設計使得電池內部的溫度梯度明顯降低，電池的加熱能耗也從4.15%（一層）下降到了3.23%（兩層）和3.03%（三層），這與理論值2.76%已經(jīng)非常接近。Xiao-GuangYang通過自加熱結構的優(yōu)化使得自加熱效率顯著提高，降低了加熱過程的能耗，顯著提高了該技術的實用性，為電動汽車在北方城市推廣奠定了堅實的基礎。