锂离子电池具有比能量高、高温特性好、循环寿命长等优点吗？
来源：宝鄂实业
2019-08-09 08:06
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高能量密度：因电极材料不同而不同，按质量计算，可达150～200Wh/kg(540～720kJ/kg)；按体积计算，可达250～530Wh/L(0.9～1.9kJ/cm3)。[2]
开路电压高：因电极材料不同而不同，可达3.3～4.2V。
输出功率大：因电极材料不同而不同，可达300～1500W/kg(@20秒)。[1][与来源不符]
无记忆效应:磷酸铁锂锂离子电池无记忆效应，电池在未放空电的情况下可随时充放电，使用维护简便。
低自放电：<5％～10％/月。智能锂离子电池由于有内建的监测电路，这个监测电路的工作电流甚至高于自放电电流。
工作温度范围宽：可在-20℃～60℃之间正常工作。
充、放电速度快
因此，锂离子电池广泛应用于消费电子产品、军用产品、航空产品等。
锂离子电池（Lithium-ion battery）是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。锂离子电池使用一个嵌入的锂化合物作为一个电极材料。目前用作锂离子电池的正极材料主要常见的有：锂钴氧化物（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4）、镍酸锂（LiNiO2）及磷酸锂铁（LiFePO4）。同时，锂离子电池也具有如下缺点：
（1）不耐受过放：过放电时（电压小于3.0V时放电），过量嵌入的锂离子会被固定于晶格中，无法再释放，导致寿命缩短，深度放电更可能使电池损坏。所以使用至极低电量是损伤电池的行为，但只要回充至高电压数次有可能再度活化电池的最大蓄电量。
（2）不耐受过充：过充电时，电极脱嵌过多锂离子，又没有及时得到补充，长久可导致晶格坍塌，从而不可逆的降低了储电量。因而锂电池必须经常使用，避免保持满电状态和持续插上充电器接头，要定时适当的使内储的电子流动，保养电池长期的健康。
（3）衰老怕热：与其它充电电池不同，锂离子电池会在使用循环中不可避免的自然缓慢衰退，就算是储放着不使用，容量也会减少，这其实与使用次数无关（除非是过度充放的循环导致的晶格损失，这样的衰老过程称之为损耗较为合适），而与温度有关。
可能的机制是内阻逐渐升高，所以，在工作电流高的电子产品更容易体现热衰现象，另外也要避免外部气温所带来的影响。用钛酸锂取代石墨，似乎可以延长寿命。储存电池的温度与容量永久损失速度的关系如下：
电动汽车对动力电池的性能要求较高，当动力电池的容量下降到一定程度后，为了确保电动汽车的动力性能、续驶里程和运行过程中的安全性能，必须对其进行更换。
通常，从电动汽车上更换下来的退役动力电池(简称“退役电池”)，仍具有较高的剩余容量，经过筛选和重新配组，可应用于运行环境相对良好、充放电工况相对温和、对电池性能要求相对较低的储能场合，实现动力电池的梯次利用。
退役电池梯次利用的核心技术主要包括电池分选评估、成组均衡、运行维护、经济性评估等技术。退役电池重组集成后，目前主要应用于低速电动车、助力车、直流电源、微电网等场景，在大规模储能技术领域也有应用可能性。相关研究机构从不同技术及应用角度开展了相应的研究。
E.L. Schneider等详细研究了从大量退役镍氢动力电池及锂离子动力电池中挑选可再利用电池的方法，并测试分析了这些电池的性能，发现其剩余容量十分可观。郭剑波等发明了一种电动汽车动力电池梯次利用的分级方法，将电池健康状态评估结果与电池的使用条件结合起来，对梯次利用动力电池进行分级。
吴文龙等发明了一种退役电池梯次利用分选评估方法，并开发出电池无损分选检测技术，可分选出剩余容量较高的退役电池。张彩萍等测试分析了退役电池循环过程中容量和内阻变化特性，进而研究其老化特性，发现二者离散性的增加伴随着电池明显的老化。赵光金等研究出一种退役单体电池可用性评价方法，建立了基于核心关键参量的电池健康状态评估方法体系，通过容量、内阻、循环性能及隔膜降解特性筛选可梯次利用的单体电池。
Jae Wan Park等开发了一种退役电池组能量管理单元，该管理单元最大的亮点在于可以准确评估识别电池模组中性能最差的电池，并采取相应的均衡管理措施。Wu-Yang Sean 等开发了一种高转换效率的退役电池能量管理系统：在电池能管理系统上并联超级电容器，为电压劣化明显的电池提供尖峰能量，实现电池均衡和能量管理。
赵光金等提出了主被动协同响应的退役电池均衡技术，其中主动均衡采用DC-DC能量转移技术，被动均衡为传统的并联热电阻方法，在此基础上研制出的电池管理系统在充、放电阶段均可进行能量均衡。退役电池存在先天的一致性差，表现在电池间存在比新电池更为明显的电压差、内阻差及容量差，还表现为电池间前述外特性参数分布特性不均一。
本文选取了两组研究样本。第一个研究样本来自公交大巴换电模式运行5年后的退役电池。电池为软包磷酸铁锂，单体额定容量22 Ah，电池模块由单体电池以2串12并组成(模块规格：6.4 V，额定容量264 Ah)。
从中选取了56个电池模块，对其放电容量进行了测试，测试方法参考国家标准 GB/T 743-2016《电动汽车用锂子蓄电池》。本实验中采用的电池容量测试方法如下：在20±5℃条件下，先将电池残余电量放完，静置15 min，以0.3 C对电池恒流充电至3.65 V转为恒压充电，至充电电流降至0.05 C，认为电池充满电。静置0.5 h后，以0.5 C恒流放电至电压降到2.8 V，记录放电电量作为电池的容量。
第二个研究样本来自出租车投运4年后的退役电池。电池为铝壳磷酸铁锂，单体电池额定容量200 Ah，单个模块由单体电池以8串1并组成(模块规格：25.6 V，额定容量200 Ah)。
从中选取了132个电池模块，对其放电容量进行了测试，测试方法与前述样本1的相同。测试结果见图2，从图中可以看出，模块最大容量为182.854 Ah，最小容量为150.139 Ah，最大、最小容量差值为32.715 Ah，剩余容量分布在75%～92.5%，均分布在75%及以上区间。
新电池配组时通常按容量差不大于±3%的标准执行，若退役电池梯次利用配组时执行该标准，将有很大比例的电池无法配组再利用。鉴于退役电池离散性明显的特征，其电池模块不可能处于同一容量差区间内，而只有处于同一容量差区间的电池模块才可配组使用。
以研究样本1为例，当配组标准定为±3%时，有66个模块(50%比例)处于同一容量差区间内，其余66个模块则分别分布于5个不同的容量区间。即若配组标准按容量差不大于±3%的标准执行时，分布于6个不同容量差区间内的电池模块无法配组成1组电池以梯次利用，详见表1。
因此，对于批量退役电池梯次利用，一种技术路线是通过电池管理技术弥补电池间的不一致性，另一种技术路线是在储能系统拓扑结构设计时采用更多的并联支路，使每一支路电池(或电池模块)数量较少，有较小的容量差和较好的一致性。
之前的研究已发现，退役电池在寿命结束前衰减呈加速特征。退役软包磷酸铁锂单体电池在1 C充放电条件下循环700次，剩余容量为80%左右，循环700次以后电池容量下降非常明显，到780 次时剩余容量仅剩2 Ah左右。
