鋰離子電池具有比能量高、高溫特性好、循環(huán)壽命長等優(yōu)點嗎？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-08-09 08:06
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高能量密度：因電極材料不同而不同，按質量計算，可達150～200Wh/kg(540～720kJ/kg)；按體積計算，可達250～530Wh/L(0.9～1.9kJ/cm3)。[2]
開路電壓高：因電極材料不同而不同，可達3.3～4.2V。
輸出功率大：因電極材料不同而不同，可達300～1500W/kg(@20秒)。[1][與來源不符]
無記憶效應:磷酸鐵鋰鋰離子電池無記憶效應，電池在未放空電的情況下可隨時充放電，使用維護簡便。
低自放電：<5％～10％/月。智能鋰離子電池由于有內建的監(jiān)測電路，這個監(jiān)測電路的工作電流甚至高于自放電電流。
工作溫度范圍寬：可在-20℃～60℃之間正常工作。
充、放電速度快
因此，鋰離子電池廣泛應用于消費電子產品、軍用產品、航空產品等。
鋰離子電池（Lithium-ion battery）是一種充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。鋰離子電池使用一個嵌入的鋰化合物作為一個電極材料。目前用作鋰離子電池的正極材料主要常見的有：鋰鈷氧化物（LiCoO2）、錳酸鋰（LiMn2O4）、鎳酸鋰（LiNiO2）及磷酸鋰鐵（LiFePO4）。同時，鋰離子電池也具有如下缺點：
（1）不耐受過放：過放電時（電壓小于3.0V時放電），過量嵌入的鋰離子會被固定于晶格中，無法再釋放，導致壽命縮短，深度放電更可能使電池損壞。所以使用至極低電量是損傷電池的行為，但只要回充至高電壓數次有可能再度活化電池的最大蓄電量。
（2）不耐受過充：過充電時，電極脫嵌過多鋰離子，又沒有及時得到補充，長久可導致晶格坍塌，從而不可逆的降低了儲電量。因而鋰電池必須經常使用，避免保持滿電狀態(tài)和持續(xù)插上充電器接頭，要定時適當的使內儲的電子流動，保養(yǎng)電池長期的健康。
（3）衰老怕熱：與其它充電電池不同，鋰離子電池會在使用循環(huán)中不可避免的自然緩慢衰退，就算是儲放著不使用，容量也會減少，這其實與使用次數無關（除非是過度充放的循環(huán)導致的晶格損失，這樣的衰老過程稱之為損耗較為合適），而與溫度有關。
可能的機制是內阻逐漸升高，所以，在工作電流高的電子產品更容易體現(xiàn)熱衰現(xiàn)象，另外也要避免外部氣溫所帶來的影響。用鈦酸鋰取代石墨，似乎可以延長壽命。儲存電池的溫度與容量永久損失速度的關系如下：
電動汽車對動力電池的性能要求較高，當動力電池的容量下降到一定程度后，為了確保電動汽車的動力性能、續(xù)駛里程和運行過程中的安全性能，必須對其進行更換。
通常，從電動汽車上更換下來的退役動力電池(簡稱“退役電池”)，仍具有較高的剩余容量，經過篩選和重新配組，可應用于運行環(huán)境相對良好、充放電工況相對溫和、對電池性能要求相對較低的儲能場合，實現(xiàn)動力電池的梯次利用。
退役電池梯次利用的核心技術主要包括電池分選評估、成組均衡、運行維護、經濟性評估等技術。退役電池重組集成后，目前主要應用于低速電動車、助力車、直流電源、微電網等場景，在大規(guī)模儲能技術領域也有應用可能性。相關研究機構從不同技術及應用角度開展了相應的研究。
E.L. Schneider等詳細研究了從大量退役鎳氫動力電池及鋰離子動力電池中挑選可再利用電池的方法，并測試分析了這些電池的性能，發(fā)現(xiàn)其剩余容量十分可觀。郭劍波等發(fā)明了一種電動汽車動力電池梯次利用的分級方法，將電池健康狀態(tài)評估結果與電池的使用條件結合起來，對梯次利用動力電池進行分級。
吳文龍等發(fā)明了一種退役電池梯次利用分選評估方法，并開發(fā)出電池無損分選檢測技術，可分選出剩余容量較高的退役電池。張彩萍等測試分析了退役電池循環(huán)過程中容量和內阻變化特性，進而研究其老化特性，發(fā)現(xiàn)二者離散性的增加伴隨著電池明顯的老化。趙光金等研究出一種退役單體電池可用性評價方法，建立了基于核心關鍵參量的電池健康狀態(tài)評估方法體系，通過容量、內阻、循環(huán)性能及隔膜降解特性篩選可梯次利用的單體電池。
Jae Wan Park等開發(fā)了一種退役電池組能量管理單元，該管理單元最大的亮點在于可以準確評估識別電池模組中性能最差的電池，并采取相應的均衡管理措施。Wu-Yang Sean 等開發(fā)了一種高轉換效率的退役電池能量管理系統(tǒng)：在電池能管理系統(tǒng)上并聯(lián)超級電容器，為電壓劣化明顯的電池提供尖峰能量，實現(xiàn)電池均衡和能量管理。
趙光金等提出了主被動協(xié)同響應的退役電池均衡技術，其中主動均衡采用DC-DC能量轉移技術，被動均衡為傳統(tǒng)的并聯(lián)熱電阻方法，在此基礎上研制出的電池管理系統(tǒng)在充、放電階段均可進行能量均衡。退役電池存在先天的一致性差，表現(xiàn)在電池間存在比新電池更為明顯的電壓差、內阻差及容量差，還表現(xiàn)為電池間前述外特性參數分布特性不均一。
本文選取了兩組研究樣本。第一個研究樣本來自公交大巴換電模式運行5年后的退役電池。電池為軟包磷酸鐵鋰，單體額定容量22 Ah，電池模塊由單體電池以2串12并組成(模塊規(guī)格：6.4 V，額定容量264 Ah)。
從中選取了56個電池模塊，對其放電容量進行了測試，測試方法參考國家標準 GB/T 743-2016《電動汽車用鋰子蓄電池》。本實驗中采用的電池容量測試方法如下：在20±5℃條件下，先將電池殘余電量放完，靜置15 min，以0.3 C對電池恒流充電至3.65 V轉為恒壓充電，至充電電流降至0.05 C，認為電池充滿電。靜置0.5 h后，以0.5 C恒流放電至電壓降到2.8 V，記錄放電電量作為電池的容量。
第二個研究樣本來自出租車投運4年后的退役電池。電池為鋁殼磷酸鐵鋰，單體電池額定容量200 Ah，單個模塊由單體電池以8串1并組成(模塊規(guī)格：25.6 V，額定容量200 Ah)。
從中選取了132個電池模塊，對其放電容量進行了測試，測試方法與前述樣本1的相同。測試結果見圖2，從圖中可以看出，模塊最大容量為182.854 Ah，最小容量為150.139 Ah，最大、最小容量差值為32.715 Ah，剩余容量分布在75%～92.5%，均分布在75%及以上區(qū)間。
新電池配組時通常按容量差不大于±3%的標準執(zhí)行，若退役電池梯次利用配組時執(zhí)行該標準，將有很大比例的電池無法配組再利用。鑒于退役電池離散性明顯的特征，其電池模塊不可能處于同一容量差區(qū)間內，而只有處于同一容量差區(qū)間的電池模塊才可配組使用。
以研究樣本1為例，當配組標準定為±3%時，有66個模塊(50%比例)處于同一容量差區(qū)間內，其余66個模塊則分別分布于5個不同的容量區(qū)間。即若配組標準按容量差不大于±3%的標準執(zhí)行時，分布于6個不同容量差區(qū)間內的電池模塊無法配組成1組電池以梯次利用，詳見表1。
因此，對于批量退役電池梯次利用，一種技術路線是通過電池管理技術彌補電池間的不一致性，另一種技術路線是在儲能系統(tǒng)拓撲結構設計時采用更多的并聯(lián)支路，使每一支路電池(或電池模塊)數量較少，有較小的容量差和較好的一致性。
之前的研究已發(fā)現(xiàn)，退役電池在壽命結束前衰減呈加速特征。退役軟包磷酸鐵鋰單體電池在1 C充放電條件下循環(huán)700次，剩余容量為80%左右，循環(huán)700次以后電池容量下降非常明顯，到780 次時剩余容量僅剩2 Ah左右。
