锂离子电池凭借其高能量密度、长循环寿命等突出优势被广泛应用于便携式设备、电动汽车以及大规模储能领域。然而，锂离子电池对外界温度敏感，尤其是在较低的工作温度下，能量密度和功率密度急剧下降，这严重限制了其在寒冷地区的应用。为探究锂离子电池在低温环境下的性能衰减机理，选择磷酸铁锂（LiFePO4）、钴酸锂（LiCoO2）、层状三元(LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2)三种商业化正极材料作为研究对象，结合恒流充放电测试、电化学阻抗测试、恒电流间歇滴定技术以及X射线衍射分析和扫描电子显微镜表征技术，全面系统地比较了三种材料在室温（25℃）和低温（-20℃）下的电化学性能。恒流充放电测试结果显示三种正极材料在低温下均会出现比容量明显降低，三元NCM622表现出最佳的低温循环稳定性，在-20℃循环400圈时容量保持率为95.89%。进一步的交流阻抗测试分析和Li+扩散速率计算表明，在低温条件下电解液电导率的降低、正极材料电荷转移阻抗的增加和Li+扩散速率下降是导致锂离子电池正极材料低温性能退化的主要原因，该研究为提高锂离子电池的低温性能提供了可行的解决思路。