最近一项研究表明，低温环境虽然会在短期内暂时压制电池的容量，但能显著减缓老化过程，从而提高全生命周期内的总能量输出。该研究成果于近期在线发表于 Cell Press 旗下顶级能源期刊《Joule》，论文题为“Reversing the cold cure on Li-ion battery durability”。

研究团队在自然条件下对数百个锂离子电池进行了为期数年的随机工况测试，并系统比较不同温度条件下的退化轨迹。结果发现，低温虽然降低瞬时容量，却明显延缓了整体性能衰减过程。研究指出，低温环境下电池内部反应速率降低，有助于延缓性能衰退，并降低潜在的热失控风险。

基于上述发现，研究团队进一步提出，可在海底、海上平台、地下洞穴仓库等具备自然冷源的环境中，采用被动冷却措施替代主动热管理，在延长电池寿命的同时降低热失控风险，杜绝储能系统的安全隐患。

该研究首次系统揭示低温环境对电池寿命的正向作用，从而为储能系统设计提供了新的技术路径。这也表明基础研究层面的突破，往往能够在工程应用领域中产生颠覆性的连锁反应。

“WZU电池低温魔咒数据”、 “WZU钠离子电池退化数据”、“WZU成组电池退化数据”以及“WZU镜像电池退化数据”。 可访问后续链接获取( https://github.com/lvdongzhen )。相关数据和代码的访问和使用权限遵循知识共享署名-禁止演绎 4.0 国际许可协议（CC BY-ND 4.0）。

研究亮点

长期以来，低温环境被视为锂离子电池的“天敌”——容量下降、功率受限、充电困难。为此，工程师们投入大量资源开发加热、保温和主动温控系统，试图将电池维持在“最佳工作温度”附近。然而，一项由温州大学、美国南卡罗来纳大学、西安交通大学、华中科技大学、英国诺森比亚大学、法国PSL大学、意大利米兰理工大学等多家机构联合完成的最新研究，得出了一个反直觉的结论：低温虽然暂时降低了电池的可用容量，却能够显著延长电池的整体使用寿命，从而在全生命周期内释放出更多的总能量。

01研究背景：低温真的是百害而无一利吗？

当前行业标准通常推荐锂离子电池在25°C左右工作。在寒冷气候下，电池的瞬时容量和功率输出会明显下降，这限制了其在寒冷地区、海洋工程、地下储能等场景中的部署。为了应对这一问题，业界普遍采用保温层、预加热或主动温控等手段。然而，这些方法不仅消耗大量能量、增加基础设施成本，还回避了一个根本性的科学问题：长期暴露于低温环境，究竟如何影响电池的健康状态与退化轨迹？

为了回答这一问题，研究团队放弃了传统的恒温实验室条件，转而将数百个NCM（镍钴锰）软包电池和电池组置于中国北方的自然环境中，进行了为期数年的实地测试。环境温度在-7°C至40°C之间自然波动，大部分数据集中在0°C至35°C范围内。与此同时，电池经历了数百种不同的充放电协议，包括不同的荷电状态窗口、充放电倍率、随机切换的工况以及部分充放电循环。这种高度多样化的实验设计，旨在真实反映实际应用中电池所面临的复杂环境与使用模式。

02核心发现：低温延长寿命，短期“吃亏”长期“赚回”

研究结果表明，尽管低温会暂时降低电池的瞬时容量，但它能显著减缓电池的退化速率。从全生命周期来看，在低温环境下运行的电池，反而能够释放出更多的总能量。换句话说，短期性能的“牺牲”换来了长期寿命的“增益”。

这一发现挑战了传统热管理策略的底层逻辑。研究团队指出，我们或许不应该一味地“对抗”低温，而是要学会“利用”低温。例如，在海底储能系统、海上平台、地下仓库等场景中，被动冷却不仅能够延长电池寿命，还能降低热失控风险——因为稳定的低温环境限制了电池内部的积热。类似的思路已经在微软的“Project Natick”海底数据中心项目中得到初步验证。

03方法创新：从杂乱数据中提取寿命规律

面对真实环境中采集到的海量、高噪声、非平稳的退化数据，研究团队开发了一套创新的数据处理框架，该框架包含三个关键步骤：

第一，重新定义寿命维度。 传统的“循环次数”在面对部分充放电、随机工况等复杂协议时难以直接比较。研究者引入了 LOP（Life of Power，功率寿命）维度，替代纯循环次数，使得不同工况下的退化轨迹具备可比性。

第二，关键点包络法剔除噪声。 由于部分充放电和动态工况会引入大量波动，研究者仅保留来自完整、额定、恒流充放电循环的数据点作为“关键点”，排除复杂协议中的噪声点，再通过这些关键点拟合出平滑的退化包络线，从而清晰呈现每块电池的本质退化趋势。

第三，“队列训练”对齐算法。 受到军事队列训练的启发，研究人员将全部数据中一条最具代表性的退化轨迹选为“基准”（领队士兵），然后对其他所有电池的轨迹进行垂直方向（容量缩放）和水平方向（寿命缩放）的二维缩放对齐。最终得到两个关键参数：容量缩放因子α（α<1表示容量收缩，α>1表示容量扩张）和寿命缩放因子β（β<1表示寿命压缩，β>1表示寿命延长）。这两个参数将数千个数据点压缩为二维表示，使得后续的统计分析变得高效且可解释。

04定量分析：温度主导退化，低温延长寿命

通过分析缩放因子α、β与平均温度、平均电流、平均内阻、平均放电深度等操作变量之间的相关性，研究发现：

·1）温度是影响电池退化形态的最主要因素，其相关系数最大，统计显著性最高（p值最小）；

·2）较高的温度能够提升短期输出性能（瞬时容量较高），但会加速长期退化，导致寿命缩短；

·3）较低的温度虽然抑制了瞬时容量，但显著减缓了老化速率，从而延长了总使用寿命。

这一关系揭示了一个实用的工程权衡：在容量冗余允许的应用中（例如通过适当增加初始装机容量来弥补低温下的容量损失），可以主动利用低温环境来换取更长的电池寿命和更高的全生命周期总能量输出。尽管这会略微增加初始投资，但从整体经济性和长期收益来看更为有利。

05应用前景：从“抗寒”到“拥寒”的场景革命

研究团队指出，以下场景尤其适合“冷利用”策略：

·海底数据中心与水下储能系统：自然冷却不仅免费，而且稳定；

·河流沿岸或地下储能设施：土壤或水体提供持续的低热负荷；

·偏远地区与离网系统：主动温控成本高昂，被动冷却是更优选择；

·极地、高海拔或寒冷地区的光储系统：可重新设计热管理策略，减少加热能耗。

在这些环境中，被动冷却不仅可以延长电池寿命、降低热失控风险，还能显著减少对加热系统的依赖，从而实现更低的能耗和运营成本。知识产权已建立全球保护，商用研发及合作务必联系：lvdongzhen@hrbeu.edu.cn

06未来展望：更多化学体系与系统集成

研究团队强调，当前结论主要基于NCM软包电池在0°C–35°C范围内的实验数据。未来工作将重点验证：

·这一温度-寿命动态关系是否适用于其他电池化学体系（如LFP、固态电池、钠离子电池等）；

·是否存在一个“最优冷温窗口”，在容量与寿命之间达到最佳平衡；

·如何将“冷利用”策略系统性地集成到下一代电池管理系统（BMS）中，实现主动冷利用控制。

结语

这项研究为我们提供了一个全新的视角：环境温度不应只是被被动管理的对象，而可以成为被主动利用的设计资源。低温不再是锂电池的“敌人”，而是一位被长期误解的“盟友”。通过重新审视温度与老化之间的复杂关系，我们有望构建更加经济、安全、耐用的清洁能源基础设施。

本文内容来源于浙江基础研究等公开信息，“新能源技术与装备”整理，责任编辑：胡静，审核人：李峥

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