锂离子电池以其在寒冷天气中的糟糕表现而闻名，这对其一些最重要的应用产生了影响——从在威斯康星州的冬天启动电动汽车到在火星上驾驶无人机。
现在，美国能源部SLAC国家加速器实验室的研究人员发现了这个问题被忽视的一个方面:在低于冰点的温度下储存锂离子电池，会使电池的某些部分破裂，与周围的材料分离，降低电池的储电能力。
SLAC科学家刘益金和博士后李冀舟在观察阴极在寒冷天气下的性能时发现了这一现象，阴极是电池使用时电子流入的部分。最初的研究发现，在零摄氏度以下储存阴极比在更高温度下储存的电池在充电100次后损失的容量多出5%。
为了理解其中的原因，研究人员将斯坦福同步辐射光源的x射线分析方法和李银河过去几年一直在研究的机器学习技术结合起来。这种结合使他们能够识别单个的阴极粒子，这意味着该团队可以同时研究数千个粒子，而仅仅用眼睛就能识别出少数粒子。
刘说，总的来说，这些方法揭示了低温正在缩小阴极内肉丸状的粒子，并在此过程中使它们破裂——或者使现有的裂缝更糟。而且，由于材料在温度变化时膨胀和收缩的方式不同，极冷也会使阴极与周围的材料分离。
刘说，研究结果指出了一些可能的解决办法。通过寻找在温度响应方面更好匹配的电池材料，科学家们可以解决分离问题。这样做也可以帮助改善其他电池，因为所有电池都会在加热和冷却时膨胀和收缩。通过在电池内部设计不同的粒子结构——特别是用更光滑、更少肉丸状的粒子来构建它们——研究人员可以帮助防止破裂，并提高锂离子电池的长期容量。
