影響三元鋰電池壽命的錯誤操作有哪些你知道嗎？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-19 22:18
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隨用隨充，不要把電耗盡才去充電。另外，優(yōu)秀的電池管理系統(tǒng)也能減緩三元鋰電池衰減。以續(xù)航超過400km+的車型舉例，吉利帝豪EV450，51.9度，比亞迪秦EV400，61度，以1540元的單價算，它倆換一塊電池大概要7-9萬元。除了這些呢，也有續(xù)航里程相對短一點的，車子小一點的。你比如說什么寶馬I3電池是22度，也有33度的，換個電池大概是三萬、四萬塊錢的樣子。
聽起來好像都很貴，但其實也不用那么的擔(dān)心。而且，工信部、科技部、財政部、發(fā)改委四部聯(lián)合，在2016年的時候也出了相關(guān)政策：規(guī)定要求乘用車生產(chǎn)廠家它的電池、電機這些核心部件，提供8年或者12萬公里以上的質(zhì)保。也就是說，八年之內(nèi)出問題，你可以找廠家，而過了八年之后要換電池，價格會比現(xiàn)在便宜的。
在鋰電池面前，鉛酸電池有多不經(jīng)打？除了傳統(tǒng)的數(shù)碼3C、近年來火爆的新能源汽車等領(lǐng)域均被鋰電池攻占外，現(xiàn)在退役的鋰電池也來搶鉛酸電池的市場蛋糕了。據(jù)電池中國網(wǎng)了解，中國鐵塔股份有限公司（以下簡稱“中國鐵塔”）2018年已停止采購鉛酸電池，統(tǒng)一采購梯次利用動力鋰電池作為其基站備用電源。作為新能源汽車動力蓄電池回收利用試點重點單位之一的中國鐵塔，此舉將對退役動力鋰電池大規(guī)模梯次利用具有很好的示范作用。
公開資料顯示，中國鐵塔是國有大型通信基礎(chǔ)設(shè)施綜合服務(wù)企業(yè)，目前擁有190多萬個通訊基站，對備用電源需求很大，過去每年約采購鉛酸電池10萬噸。不過，鉛酸電池使用壽命短、能量密度低、重金屬鉛易污染等缺點也一直頗受詬病。相對鉛酸電池，鋰電池具有能量密度高、使用壽命長等優(yōu)點，中國鐵塔自2015年開始便啟動了退役鋰電池替換鉛酸電池工程。經(jīng)過多年的試驗論證，退役鋰電池在基站領(lǐng)域的梯次利用安全性、技術(shù)性和經(jīng)濟性已被證明可行。
基于此，近年來中國鐵塔加快了基站梯次利用示范推廣，截至2018年年底，其已在全國31個省市約12萬個基站使用梯次利用鋰電池約1.5GWh，替代鉛酸電池約4.5萬噸。根據(jù)中國鐵塔規(guī)劃，2019年將繼續(xù)擴大退役鋰電池梯次利用規(guī)模，預(yù)計需梯次利用電池約5GWh，替換鉛酸電池約15萬噸，將可消納退役動力鋰電池超過5萬噸。
5萬噸退役動力鋰電池是個什么概念？根據(jù)行業(yè)專家從企業(yè)質(zhì)保期限、電池循環(huán)次數(shù)、車輛使用工況等方面綜合測算，預(yù)計2020年動力鋰電池累計退役量在20萬噸左右。也就是說，今年中國鐵塔對退役鋰電池的消納能力，將對退役動力鋰電池的市場影響舉足輕重。實際上，中國鐵塔在推動動力鋰電池梯次利用的過程中，遇到的主要問題就是目前退役動力鋰電池量較少，產(chǎn)業(yè)鏈下游企業(yè)爭奪擠占有限的退役電池資源，導(dǎo)致退役鋰電池采購價格居高不下。
事實上，退役動力鋰電池進行梯次利用在過去的一年受到廣泛關(guān)注，很多人認(rèn)為其在儲能領(lǐng)域有著廣闊的市場前景，認(rèn)為儲能市場是退役動力鋰電池最好的承接者。
據(jù)悉，除了在通訊基站大規(guī)模使用退役鋰電池外，中國鐵塔還與中國郵政、商業(yè)銀行、國網(wǎng)電動車等企業(yè)合作研究將梯次利用電池應(yīng)用在機房備用電源、電網(wǎng)削峰填谷、新能源發(fā)電及電力動態(tài)擴容等方面，并正在甘肅省河西地區(qū)建設(shè)15MWh光伏發(fā)電梯次利用項目、10MWh風(fēng)力發(fā)電梯次利用等試驗項目。
儲能市場也許不是退役鋰電池的江湖
如果說退役鋰電池在通訊基站的應(yīng)用已經(jīng)得到充分驗證，具備經(jīng)濟性和安全性，那么在大型儲能設(shè)施的應(yīng)用上是否同樣具備安全性、技術(shù)性和經(jīng)濟性則有待商榷。
有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，退役的動力鋰電池用在鐵塔的通信基站電源、路燈電源或不間斷電源等小型儲能裝置上是可以的，但用在大規(guī)模儲能電站系統(tǒng)可能會面臨技術(shù)、商業(yè)模式等多重挑戰(zhàn)，可行性并不高。中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會秘書長劉彥龍認(rèn)為，早期動力電池受限于技術(shù)能力，循環(huán)壽命沒有預(yù)想的3-8年那么長；此外，2015年我國動力電池產(chǎn)業(yè)在高補貼刺激下高歌猛進，動力電池供不應(yīng)求，許多資質(zhì)較差的小廠商擠了進來，導(dǎo)致動力電池質(zhì)量參差不齊，規(guī)格種類繁多，退役后在儲能領(lǐng)域再梯次利用面臨著諸多不可控風(fēng)險。
一般而言我們常說的三元材料主要指的是NMC材料，也包含NCA材料，層狀材料的容量發(fā)揮受到其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，由于Ni3+的化學(xué)穩(wěn)定性要比Co元素更好，因此在充電的過程中NMC材料也就能脫出更多的Li，使得材料的容量由較大的提升。
反過來，層狀氧化物正極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性還受到脫Li數(shù)量的影響，過量的脫Li可能會導(dǎo)致材料的層狀結(jié)構(gòu)坍塌，因此為了保證NMC材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性需要對材料的充電截止電壓進行限制，保證材料的長期的循環(huán)穩(wěn)定性。
德國明斯特大學(xué)的Johannes Kasnatscheew等人對NCM111和NCM532（兩款材料來自BMW集團）、NCM622和NCA（兩款材料來自Customcell）、NCM811（來自杉杉科技）材料的充電制度對其循環(huán)壽命和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響進行了研究。
NMC材料的脫鋰數(shù)量與充電截止電壓成正比，也就是說充電截止電壓越高NMC材料的脫鋰量也就越大，相應(yīng)地材料的結(jié)構(gòu)也就越不穩(wěn)定。下圖為NCM811材料在不同的充電截止電壓下，循環(huán)性能曲線，可以看到提高截止電壓后，材料容量發(fā)揮明顯提高了，但是隨之而來的是材料衰降速度的加速。
對比不同截止電壓下的循環(huán)數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，4.6V截止電壓時雖然在第五次放電時比容量最高，但是在循環(huán)53次后，其容量快速下降，低于4.5V和4.4V截止電壓下NMC111的容量。這表明一味的的提高充電截止電壓，雖然會使的材料的容量獲得較大的提升，但卻會使的材料的循環(huán)穩(wěn)定性發(fā)生明顯的下降，因此需要根據(jù)電池的設(shè)計壽命合理選擇充電截止電壓。
，在不同的截止電壓下循環(huán)53次后，放電能量和放電能量保持率曲線，從圖中可以看到，在循環(huán)53次后，放電能量密度最高的并不是截止電壓最高的電池，對于NMC811材料，在4.3V截止電壓獲取了最高的放電能量密度，NMC622和NMC532、NCA材料在4.4V充電截止電壓獲得了最高放電能量密度，NMC111材料在4.5V獲得了最高能量密度。
這僅僅是循環(huán)了53次后的數(shù)據(jù)，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，較高截止電壓下的材料由于衰降速度比較快，按照上圖的循環(huán)曲線的趨勢，截止電壓最低時，放電能量密度將會是最高的。此外從下圖可以看到，無論是哪種材料隨著充電截止電壓的升高都會導(dǎo)致容量衰降的加速，特別是Ni含量較低的NMC111、NMC532和NMC622材料受到截止電壓的影響更大，這表明Ni含量較低的幾款材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更差一些。
在鋰離子電池實際應(yīng)用中，材料的高溫穩(wěn)定性也是需要我們考慮的，Johannes Kasnatscheew對NMC622、NMC811和NCA材料在常溫和60 ℃下的循環(huán)性能做了研究，結(jié)果如下圖所示。一般而言，提高溫度可以改善電池內(nèi)的動力學(xué)條件，從而提高電池的性能，這一點從電池在60 ℃下的容量發(fā)揮可以明顯的看出來，但是高溫會對材料的循環(huán)穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響。
