钜大锂电|-50℃超低温锂电池技术解密：从南极科考看极寒环境电源解决方案

一、开篇：极寒环境下的供电困境

2023年，中国南极科考队某关键监测设备在-45℃环境下突然断电——这不是个例。

在极地、高海拔、寒带地区，锂电池“怕冷”是公认的技术难题：

l 当温度降至-20℃以下，普通锂电池容量保持率骤降至60%左右

l 降至-30℃，多数锂电池无法正常放电

l 降至-40℃，电解液接近凝固，电池基本失效

l 低温充电更是禁区——极易引发析锂，导致内部短路甚至起火

然而，南极科考站的高空探测设备、青藏高原的通信基站、寒区的军工装备，都必须在极寒环境中可靠运行。

极端环境电源，成为这些领域的关键技术壁垒。

钜大锂电，一家23年专注定制锂电池的国家级专精特新“小巨人”企业，将目光投向了这一难题。其特种电池研究院联合中南大学、华南理工大学，历时三年攻关，从材料、界面、结构三个维度，系统解决了锂电池的低温难题。

本文首次深度解析钜大锂电超低温电池技术的研发路径与技术突破，并通过南极科考真实案例，展示-50℃环境下锂电池的实际表现，探讨从极寒到高海拔等极端场景的电源解决方案。

二、技术挑战：锂电池为什么“怕冷”？

要理解钜大低温电池的技术突破，先要知道锂电池在低温下面临的“三大杀手”：

2.1 电解液“凝固”

低温下电解液粘度急剧增大，甚至部分凝固，锂离子在正负极之间的移动速度变慢——如同人在泥沼中行走。这直接导致电池内阻飙升、容量骤降。

2.2 负极“析锂”风险

低温充电时，锂离子来不及嵌入负极，在表面沉积形成“锂枝晶”。轻则造成不可逆的容量衰减，重则刺穿隔膜引发内部短路——这是低温充电最大的安全隐患。

2.3 内阻飙升

低温下电池内阻可增加数倍，导致放电时电压骤降。设备明明“有电”，却因电压不足而关机。

行业普遍困境：常规锂电池在-20℃时容量保持率仅60%左右，-30℃时降至30%以下，-40℃时基本无法工作。而能够实现-40℃充电的电池，更是凤毛麟角。

三、技术突破：钜大超低温锂电池的研发路径

钜大锂电特种电池研究院联合中南大学、华南理工大学，历时三年攻关，从材料、界面、结构三个维度，系统解决了锂电池的低温难题。

3.1 突破一：特种电解液与隔膜体系——让离子在-50℃也能“畅行”

技术路径：

l 电解液优化：引入低粘度溶剂体系，显著降低电解液的凝固点；优化锂盐浓度，在低温下保持高解离度；添加功能性成膜添加剂，在负极表面形成薄而稳定的SEI膜，降低锂离子穿越阻抗。

l 隔膜创新：采用3D微纳多孔聚合物电解质膜，提高离子透过率；结合聚合物复合陶瓷隔膜，增强低温下结构稳定性。

l 界面工程：在活性材料上采用石墨烯自组装包覆技术，构建快速离子传输通道。

成果：

电解液在-50℃环境下仍保持良好流动性

离子电导率较常规电解液提升3倍以上

低温下界面阻抗降低40%以上

3.2 突破二：负极材料改性——给锂离子“预留高速通道”

技术路径：

l 高嵌锂电位负极基材：通过元素掺杂和表面修饰，提高负极材料的嵌锂电位，降低低温析锂风险。

l 表面包覆技术：在负极材料表面构建快离子导体层，加速锂离子嵌入/脱出。

l 粒径优化：优化负极材料粒径分布，缩短锂离子扩散路径。

成果：

-20℃环境下可正常充电，极限充电温度可达-30℃

-40℃条件下，锂离子嵌入效率提升40%

低温循环300周后，电池膨胀率仅0.66%（常规电池20周膨胀率达9.4%）

SEM图像显示：-40℃循环10周后，负极SEI膜完好，无锂枝晶产生

3.3 突破三：电芯结构优化——从设计端降低内阻

技术路径：

极片设计优化：采用多极耳结构，缩短电子传输路径，降低欧姆极化。

内外多层导热结构：优化电池内部热分布，避免局部过热或过冷，提高低温一致性。

隔膜选型：选用低阻抗、高孔隙率隔膜，降低离子传输阻力。

电解液浸润：优化注液工艺，确保低温下电解液充分浸润极片。

成果：

l -40℃内阻增幅较常规电池降低35%

l 高倍率放电能力（5072100CL-3000mAh）：

• -40℃ 5C放电容量保持率≥90%

l 多倍率放电能力（654468CL-2000mAh）：

• -40℃ 0.2C放电≥90%

• -40℃ 1C放电≥80%

• -40℃ 2C放电≥70%

• -40℃ 3C放电≥75%

3.4 突破四：低温可充放电技术——解决低温充电难题

技术路径：

负极材料改性：采用高嵌锂电位负极基材，抑制低温析锂

电解液优化：开发宽温域电解液，支持低温充电

SEI膜调控：构建薄而稳定的SEI膜，降低低温充电阻抗

成果（以104058-1500mAh为例）：

充电能力：常规充电温度 -20℃~+45℃，极限充电温度 -30℃~50℃

放电能力：常规放电温度 -40℃~+55℃，极限放电温度 -50℃~65℃

低温循环：-20℃ 0.2C充放电循环300周，容量保持率≥90%

常温循环：1C充放电循环1000周，容量保持率≥80%

循环后膨胀率：-20℃循环300周后，电池膨胀率仅0.66%（常规电池20周膨胀率达9.4%）

SEM验证：-40℃循环10周后，负极SEI膜完好，无锂枝晶产生

这一技术突破使得钜大锂电成为少数能够实现-20℃低温充电的厂家之一，解决了极寒环境下设备“有电充不进”的痛点。

四、钜大低温锂电池关键数据验证

经过国家权威机构检测及第三方抽检，钜大超低温18650电池的关键性能指标如下：

（注：以上数据基于钜大锂电内部测试及第三方抽检，可提供详细测试报告）

温度-容量保持率曲线对比：

五、标杆案例深度复盘：南极科考

5.1 背景与挑战

2023年，某南极科考站需为室外气象监测设备配备备用电源。

核心需求：

在-50℃极寒环境下，确保设备连续工作48小时

支持-40℃环境下充电（极夜期间设备回传数据后需补电）

设备需长期户外放置，无法人工干预

应对雪埋、强风等恶劣环境

极端挑战：

当地冬季最低温可达-50℃

极夜期间连续数月无光照，无法依赖太阳能

设备重量有限制，电池需兼顾容量与便携

5.2 钜大解决方案

基于超低温技术平台，钜大为该科考站定制了12V/100Ah超低温电池组：

5.3 实际表现

低温放电测试（现场实测）：

-40℃至-50℃环境下，电池组以0.2C持续放电，连续供电52小时，超出预期

放电终止时，单节电芯电压仍高于2.8V

低温充电测试：

-40℃环境下，电池组以0.2C充电，充电效率达85%（行业内普遍无法在-30℃以下充电）

充电过程中BMS实时监测电芯温度，确保安全

长期可靠性：

经过两个完整南极冬季（累计18个月）运行，电池组容量保持率仍＞85%

未出现任何安全故障

5.4 用户反馈

“这是我们在南极使用过的唯一能在-50℃环境下稳定充放电的国产锂电池。之前的进口电池在-40℃以下也经常出问题，钜大这块电池的表现让我们很惊喜。”

—— 南极科考站设备负责人

六、技术延展：从南极到更多极端场景

南极科考的成功，验证了钜大低温技术的可靠性。基于同一技术平台，钜大已推出多系列低温产品，满足不同场景需求：

6.1 钜大低温锂电池产品矩阵

6.2 钜大低温锂电池应用领域拓展

七、技术展望：下一代极端环境电源

极端环境对锂电池的考验，从未停止。

钜大锂电正在研发的宽温域固态电池，已取得阶段性突破：

l 目标工作温度：-60℃ ~ +100℃

l 关键技术：固态电解质（消除低温电解液凝固问题）、界面工程

l 当前进展：已获中国有色金属工业科学技术奖二等奖，实验室样品在-60℃环境下放电容量保持率＞60%

l 预计量产：2026年小批量试产

该项目是钜大与中南大学、华南理工大学产学研合作的成果，已申请发明专利8项。

八、结语

从南极科考到高原监测，从寒区储能到军工装备，极端环境对电源的要求日益严苛。

钜大锂电23年专注定制锂电池，以扎实的技术积淀攻克低温难关：

l -50℃超低温放电

l -20℃低温充电（极限-30℃）

l -40℃ 5C高倍率放电（容量保持率≥90%）

l 低温循环超2000次

l 低温循环300周膨胀率仅0.66%（常规电池20周达9.4%）

这些不是实验室的极限数据，而是已在南极极寒环境中验证的实战能力。

作为国家级专精特新“小巨人”企业，钜大锂电将继续深耕极端环境电源解决方案，让设备在更严苛的环境中可靠运行。未来，随着宽温域固态电池等新一代技术的研发落地，钜大锂电将为极端环境供电带来更多可能。

如果您也有极端环境下的供电难题，欢迎联系钜大锂电，共同探讨技术方案。

 market@juda.cn

 0769-2698 3348

 www.juda.cn

广东省东莞市东城街道景怡路8号

附录

作者简介

本文由钜大锂电特种电池研究院撰写。研究院现有教授级专家6人、工程师12人，与中南大学、华南理工大学联合创办，专注于低温、防爆、高倍率等特种锂电技术研究。

相关荣誉

2023年“苛刻温度环境服役的锂离子电池关键技术”获中国有色金属工业科学技术奖一等奖

2024年“宽温域高安全固态电池关键技术研究及应用”获中国有色金属工业科学技术奖二等奖

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