锂离子电池存在特定的使用温度范围,当环境温度低于或者超过电池的使用温度范围时,对电池性能的发挥都会存在一定程度上的限制。尤其在较低温度下,常规锂离子电池变得难以放出电量。通过改进电池正负极材料、优化电解液组分,能够在一定程度上优化锂离子电池的低温性能,但无法从根本上解决低温环境下,电池体系中锂离子扩散迁移速率低的问题。针对这一问题,本文提出采用加热的方式,来控制电池的工作环境温度,从根本上解决电池在低温环境下工作面临的系列问题,并设计了一款具有室温正温度系数效应(Positive Temperature Coefficient,简称PTC)的材料,该材料能够内置于锂离子电池中,作为加热电极使用。利用其PTC效应,实现电池的自动加热、控温。具体研究内容如下:(1)使用金属镍片内置于普通锂离子电池内部作为加热片,制作出了加热型锂离子电池。通过绝热加速量热仪(ARC)测试和公式计算得出,电池的比热容为1.272J/(g.k)。并且电池加热片工作稳定、加热效果均匀。常温(25℃)下,电池0.5C循环105次的容量保持率为92.8%,具有良好的循环性能。在低温-20℃时,电池通过镍片加热相比于不加热状态,充电容量增加了34%,放电容量提升了19.9%。而在-40℃环境中,加热状态下电池充电容量为7058mAh(不加热时充电容量近似0),相较于未加热状态,放电容量提升了32.8%。并且进行内置加热后,电池具有更好的低温充放电性能和更高的放电电压平台。(2)以乙炔黑、碳纳米管(CNT)和高密度聚乙烯作为原料,单独使用了乙炔黑作为导电物质以及乙炔黑、CNT两种物质混合作为导电物质制作了复合材料。研究结果表明,使用复合导电物质的材料低温导电能力优于单一导电物质材料。同时,更多的导电物质含量能使复合材料具有更好的导电性能。但是以高密度聚乙烯作为基质,在使用单一导电物质、复合(乙炔黑和CNT)导电物质以及改变导电物质含量后,制备出的复合材料的PTC转变温度仍然要高于80℃,不符合作为内置加热片的要求。(3)使用Ni金属颗粒和高密度聚乙烯熔融混合制成复合材料,并通过改变Ni金属颗粒的含量来获得不同的材料特性。结果表明,复合材料中Ni颗粒含量越高,材料的电阻率越低,材料的热膨胀系数越小。当Ni颗粒含量为10和15Vol.%时,复合材料出现了室温下的PTC转变温度,PTC转变温度约为35℃。并且复合材料的熔融温度随Ni颗粒含量的增加而降低,反之,材料的结晶温度随之升高。另外,对该复合材料体系进行热处理后,使得复合材料在-40~80℃的电阻率~温度曲线发生改变。其中,复合材料经120℃热处理1h后,在-40~80℃范围内的PTC强度值提高了约1.5。