1. 电池市场的发展与季节性困扰
在全球能源转型的浪潮下，电池产业已从消费电子的核心部件，跃升为驱动新能源汽车、储能系统乃至低空经济的 “全能心脏” 。国际能源署（IEA）的数据显示，2024年全球电池年需求量历史性突破1太瓦时，其中电动汽车销售贡献了主要增长。中国已成为这一领域的核心力量，生产了全球超过四分之三的电池，并通过技术创新持续降低成本，使磷酸铁锂（LFP）电池等高性价比方案占据市场主流。
图1 储能电站全景
然而，产业的蓬勃发展与用户的日常体验之间，存在着一个长期存在的挑战：电池性能随季节、尤其是温度的变化而剧烈波动。无论是寒冬里电动车的续航里程骤减，还是夏日户外手机的电量“跳水”，都直观地揭示了温度对电池的深刻影响。理解并克服这一难题，不仅是提升用户体验的关键，更是电池技术迈向全域、全气候应用必须跨越的门槛。
2. 冬夏电池性能差异分析
为何同样的电池在冬季性能表现会远低于标准值，手机电池甚至充不进去电，而在夏季又频繁出现电动汽车电池起火的事故，这些都与锂离子电池的结构和原理有关。
2.1 温度对锂离子电池的性能影响
锂离子电池的性能本质上是内部电化学反应的外在体现。性能的衰弱往往意味着内部电化学活性的减弱，锂电池工作过程是锂离子在正负极之间往复“嵌入”和“脱出”的过程，如同一个精密的分子摇椅。这个过程的顺畅程度，高度依赖于电极材料的活性、电解质的离子导电率等，而这些参数无一例外都对温度极其敏感。
图2 锂离子电池结构示意图
研究表明，锂离子电池的最佳工作温度区间与人体舒适区间相似，大约在20℃至30℃。一旦脱离这个范围，其内部动力学过程就会发生显著变化。这也是很多电动汽车或手机测试选择在接近25℃时进行，因为这一温度下，电池的续航以及输出功率都最佳。
2.2 实际案例：从消费电子到电动汽车
3C消费电子产品：在低温环境下，手机、相机等设备的电池容量会“虚标”，使用时间明显缩短，甚至在电量显示尚有富余时突然关机。这是因为低温下电池内阻增大，输出电压不足，设备保护电路为避免异常工作而强制关机。
电动汽车：冬季续航里程衰减是电动车主的普遍焦虑。如特斯拉Model Y，在冬季（0-10℃）的实际续航比夏季（20-30℃）减少了约70至100公里，达成率约为官方标称的六到七成。这不仅是电池本身性能下降所致，冬季驾驶舱采暖所需的高能耗也是重要原因。
图3 各品牌电动汽车图夏季冬季续航对比图
2.3 温度影响性能的具体维度与原因
高温与低温对电池的影响是两个完全不同的层面。简单来说，就像把一瓶水放进冰箱或者放进烤箱，这瓶水会受到截然不同的影响
2.3.1 低温
低温环境下，电池性能通常会明显下滑。
最直接的感受是可用容量和续航里程显著降低，例如手机在户外很快没电，或电动汽车的冬季续航大幅缩水。这主要是因为电解液在低温下会变得更粘稠，锂离子在电解液和电极材料中的移动速度急剧下降，导致电池可实际释放的电量减少。
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图4 低温下电池容量衰减曲线图
与此同时，充放电功率也会严重下降，表现为电动车加速乏力、充电速度变慢。其核心原因是电池内阻（特别是电荷转移阻抗）随温度降低而大幅增加，阻碍了大电流的通过。更关键的是安全与寿命风险：在低温下充电时，锂离子难以顺利嵌入石墨负极，容易在负极表面析出形成金属锂枝晶。这些枝晶可能刺穿隔膜，造成内部短路，导致电池永久性损伤，甚至引发热失控。
2.3.2 高温
而在高温环境下，电池则会面临过热风险。
长期暴露在高温下会加速电池容量的不可逆衰减，即电池越来越不耐用。这是因为高温会剧烈加速电池内部的各种副反应，如电解液分解、正极材料溶解和负极SEI膜的过度生长等，这些反应会持续消耗活性锂离子和电解液。出于安全考虑，在高温下充放电功率往往受到系统限制，尤其是快充功能会被禁用或降速，这是电池管理系统为防止温度过高采取的防护措施。
图5 高温对电池的性能影响（高温加剧容量衰减）
高温带来的最大威胁是严重的安全风险和循环寿命缩短。高温是导致电池热失控最主要的外部诱因，一系列连锁的放热反应可能在短时间内使电池内部温度飙升，最终导致起火或爆炸。同时，高温下副反应的加速也直接导致了电池老化速度的成倍增长。
因此，温度主要通过影响电池内部化学反应的速率、物质的传输速度以及副反应的强度，从容量、功率、寿命和安全等多个维度综合决定了电池的实际表现。
3. 如何缓解温度对电池的影响
面对低温挑战，已有多项技术实现商业化应用，旨在为电池创造更适宜的工作环境。
先进电池热管理系统（BTMS）：这是当前电动汽车的标准配置。其核心功能包括低温加热、高温散热和智能保温。在冬季，系统可通过PTC加热器或利用电机、电池自身工作产生的余热，主动将电池包温度提升至最佳工作区间再开始充电或驱动，从而保障性能和充电安全。许多车主习惯在出行前通过手机APP远程启动车辆，正是为了预热电池和座舱。
图6 电池热管理系统
超宽温域电池技术：这是从材料本源上突破温度限制的革新。例如，中国科学院深圳先进技术研究院研发的铝基负极超宽温域电池，其工作温度范围可拓宽至零下70℃至零上80℃。搭载该技术的电池在零下30℃的无加热测试中，续航达成率仍能保持在67.3%。此类电池已应用于中国北方的光伏储能、电网监测等领域。
使用习惯优化：对于用户而言，简单的习惯调整也能有效改善体验。例如，在冬季优先使用座椅加热、方向盘加热等局部加热功能，相较于直接使用空调暖风，能显著降低能耗。此外，保持平稳驾驶、避免在极低温下将车辆电量耗尽，也是保护电池和延长续航的实用方法。
而面对夏季高温挑战，也已经有实际的商业化案例
与冬季加热相对应，BTMS在夏季的核心任务是高效散热与精准温控。还可以从材料本源上提升电池的热稳定性和散热能力。以及通过软件和控制策略，规避高温下的高风险操作。
液冷系统成为主流：目前绝大多数中高端电动汽车均采用液冷式热管理系统。该系统通过冷却液在电池包内部的管路循环，将电池产生的热量带出，并通过车头散热器散发。例如，特斯拉的电池系统采用“蛇形”冷却管路，能够紧密贴合电芯，实现均匀、高效的冷却。
智能预冷却策略：在车辆连接直流快充桩时，或系统预测到将进行激烈驾驶（如“赛道模式”）前，BMS会主动启动冷却系统为电池预降温，确保电池在最佳温度窗口内工作或充电，从而保护电池并维持高功率输出。
直冷技术应用：部分高端车型（如一些蔚来车型）采用了更高效的直冷技术，将空调系统的制冷剂直接通入电池包内部的蒸发器进行冷却，散热效率比液冷更高，能更好地应对极端高温和持续快充的工况。
电池结构创新提升散热与安全：比亚迪的刀片电池是典型代表。其长条形“刀片”状的磷酸铁锂电芯本身就更利于散热，同时通过紧密排列构成类似蜂窝铝板的结构，在成组时具有更高的结构强度和散热面积，提升了电池包整体在高温下的稳定性和安全性，并成功通过了严苛的针刺测试。
图7 比亚迪刀片电池结构对比常规模组电池示意图
高温电解液添加剂：电池制造商通过在电解液中添加特种添加剂（如宁德时代等公司研发的高温电解液），可以有效提升电解液的分解温度，抑制高温下SEI膜的过度生长和产气，从而显著提升电池在高温环境下的循环寿命和存储稳定性。
动态快充功率调节：在夏季高温天气下使用直流快充时，车辆的BMS会根据电池的实时温度，动态限制充电功率。当电池温度过高时，充电速度会自动放缓，这是系统为防止热失控而采取的关键保护措施，已广泛应用于所有智能电动汽车。
驻车温控与远程管理：车辆在高温天气下静置时，若电池温度超过安全阈值，系统会自动启动冷却系统为电池降温。用户也可通过手机APP远程提前开启车内空调，这不仅降低座舱温度，其制冷过程也有助于间接为电池包周边环境降温。
能量管理策略：在混合动力车型中，动力系统会在高温下更智能地分配电机与发动机的负载，避免电池持续高功率放电而过热；纯电动汽车在“高温模式”下，也可能适度限制急加速的峰值功率，以保护电池。
4. 低温电池的前景与钠离子电池的潜力
根据目前市场反应（在寒冷地区电动汽车市占率较低）来分析，未来，电池技术将朝着更耐寒、更全能的方向发展。除了上述锂电技术的改进，钠离子电池作为一种新兴技术路线，在低温性能方面展现出独特的先天优势，成为产业焦点。
图8 钠离子电池与锂离子电池数据对比
钠离子电池在低温下通常能保持比锂离子电池更高的容量保持率。采用优质生物质硬碳负极的钠离子电池，在零下30℃ 的低温下，其放电容量仍能保持室温（25℃）下的87.5%。而改性后的特定正极材料可使钠电池在零下20℃保持约90% 的容量。其核心原因在于：
界面离子传输更优：钠离子在电解液中的斯托克斯半径更小，溶剂化能更低，这意味着在低温下，钠离子在电极界面处的脱溶剂化过程能垒更低、速度更快，这是决定低温性能快慢的关键步骤。
内阻增长更缓：低温下，钠离子电池的电荷转移阻抗增长相对锂离子电池更为和缓，使得其能够保持相对较好的功率输出能力。
尽管钠离子电池在当前的能量密度上普遍低于顶级锂离子电池，但其优异的低温性能、成本潜力和资源广泛性，使其在寒冷地区储能、轻型电动车等对低温性能要求高、对成本敏感的场景中，拥有广阔的应用前景。
5. 高低温测试——迈向全气候应用的重要基石
随着电池应用场景从地面拓展至深海、高空甚至太空，其面临的环境温度挑战愈发严峻。因此，高低温测试已从研发环节的验证手段，升级为产品上市前不可或缺的 “性能关卡” 。
每年冬季，在内蒙古牙克石等极寒测试场，都有超过千辆覆盖国内外品牌的新能源汽车进行严格的冬季测试。这些测试不仅验证电池在极端低温下的续航、充电和启动能力，更检验整车热管理系统协同工作的可靠性。2026年2月，长安汽车首次搭载钠电池进行测试。使用了宁德时代的钠新（Naxtra）电池。
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图9 宁德时代钠新电池包（2026年2月5日）
5.1 未来高低温测试的重要性
保障安全底线：测试能提前暴露电池在热失控、锂枝晶生长等方面的隐患，是预防安全事故的关键防线。
提升用户体验：通过模拟全球不同气候区的极端条件，确保产品能为全世界的用户提供稳定、可靠的体验。
驱动技术迭代：测试数据为新一代宽温域、高安全电池材料的研发提供最直接的反馈和方向。
高低温测试，不仅将会继续辅助低温锂离子电池的研发和性能验证，还会为钠离子电池全面进入市场提供可靠的电化学数据报告。我们使用的电动产品，也将在经过高低温性能测试后，更能经受住不同季节下温度对电池的考验，真正让用户们在不同的温度下用上同样充电速度，同样续航能力以及同样输出功率的智能化电动产品。
