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鋰離子電池 (LIB) 已被廣泛用作消費電子產品和電動汽車的主要電源。然而，由于電極、電解液及其界面中的Li離子傳輸動力學緩慢，LIB在低于0°C時容量和續航能力通常會嚴重降低。

在此，華南理工大學胡仁宗教授等人總結了基于LIBs正極視角的零下低溫運行時電化學反應動力學的最新進展。首先，作者主要討論了零下低溫對幾種典型正極材料電化學反應動力學的影響，包括橄欖石型LiFePO₄ (LFP)、Li₃V₂ (PO₄)₃(LVP)、層狀LiCoO₂ (LCO)、富鎳LiNi_1-xyCo_xMn_yO₂ (NCM) 和LiNi_1-xyCo _xAl_yO₂ (NCA)，以及富Li、Mn的Li_1-xNi_1-xyzCo_yMn_zO₂(LMR)。

然后，詳細討論了為增強這些典型正極材料在零下溫度下的界面和內部反應動力學而開發的各種策略。隨后，提供了LFP、LVP、NCM和LMR正極材料的研究和相關性能的簡短比較。

最后，提出了應對低溫正極材料慢動力學挑戰的具體建議和想法，啟發了LIBs和其他用于零下溫度應用的器件的進一步發展。

圖1. 低溫下Li離子在LIB各組分中遷移路徑的示意圖

LFP正極在零下溫度下缺乏良好的應用潛力，現階段，LVP和NCM正極可能更適合低溫LIBs的應用，但釩源的污染和安全問題需要重點關注。LMR正極在低溫下運行顯示出低電化學極化，并具有進一步應用的良好潛力，但其急劇下降的容量需要進一步改善，新結構的設計可能是有效的解決途徑。此外，為了實現低溫LIBs的商業應用，應考慮電極的面積負載和活性面積的影響，改善正極材料的低溫環境限制仍然需要?

a) 選擇合適的導體材料來修飾LVP正極，

b) 結合晶體設計和體摻雜為層狀正極提供更快的離子擴散通道，

c) 促進LMR正極中Li₂MnO₃相的電化學活化。

此外，其他潛在正極的低溫反應動力學仍有待進一步研究。可以預見，在增強正極材料低溫動力學方面的不斷改進將為構建具有高能量密度的商業LIB帶來光明的未來。

圖2. 常見的四種低溫性能改進策略及其基本原理

Strategies to Improving Electrochemical Reaction Kinetics of Cathode Materials for Subzero-temperature Li-ion Batteries: A Review, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.10.032

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華南理工胡仁宗EnSM: 改善低溫鋰離子電池正極電化學反應動力學的策略

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