在锂电池生产环节中，如何评定电池容量和性能？

在锂电池生产环节中，评定电池容量和性能是其中一个非常重要的环节。从主要用于手机、摄像机、混合动力汽车中的低容量（《 10A），到用于电脑、电动摩托车、电动汽车的中容量（10A-30A），再到用于电动汽车（30A-120A）的高容量锂离子电池，无一例外，都需要进行测试才能出厂使用。

　　根据ADI公司亚太区精密仪器业务部系统应用工程师李强的介绍，目前业界最常见的做法是对小容量电池采用线性测试设备进行测试，尽管效率低下，精准度也不高，但还是可以接受的。但如果把这种测试设备也同样用于高容量电池测试，那就会在充电阶段消耗大量功率，导致效率低下，而且会给设备硬件设计带来相当严重的热问题。

　　为此，ADI在专为低、中、高三种容量锂电池分容化成设备制定的AD8450/1精密模拟前端与控制器以及ADP1972降压/升压PWM控制器中，摒弃了以往将电池能量放电至阻性负载的线性架构，转而通过使用PWM控制器提供电流，并将其引导回电网或对其他电池充电，实现了高效环保的目的。

　　测试数据显示，充电模式下，在当电压为3.5V时，20A的效率值为88%，10A的效率值为90%；而在放电模式下，在当电压为3V时，20A的效率值为89%，10A的效率值为92%。除了效率，锂电池企业更关心的是成本和可靠性。李强说，市场上锂电池测试方案也有分立器件组合方案，可能会用到十个以上的器件。而ADI这套解决方案只用到了AD8450/1和ADP1972两颗芯片，高度集成，设计尺寸大大减小。并且通过将开关频率提高到 300KHz、在多个通道间共享成本更低的高精度DAC和ADC、在通道间加入相移同步可减少输入滤波等做法，降低了总系统成本。同时，ADI还为用户提供设计工具和全部参考设计，最大程度降低开发成本和设计难度，缩短开发周期。

　　如何实现多个通道间共享DAC和ADC？

　　上图包含两种功能：一是对电池充电，二是对电池放电，这由AD8450/1和ADP1972的模式信号决定。每个功能有两种模式：恒流（CC）模式和恒压（CV）模式。两个DAC通道控制CC和CV设定点。CC设定点决定充电和放电两个功能的CC模式下环路中有多少电流。CV设定点决定环路从CC进入 CV时的电池电位，同样适用于充电和放电两个功能。

　　精密模拟前端和控制器AD8450/1利用内部差动放大器PGDA测量电池电压，并利用内部仪表放大器PGIA和外部分流电阻（RS）测量电池上的电流。然后，它通过内部误差放大器和外部补偿网络（用于确定环路功能是CC还是CV），将该电流和电压与DAC设定点相比较。在该模块之后，误差放大器的输出进入PWM控制器ADP1972，以确定MOSFET功率级的占空比。最后是构成完整环路的电感和电容。本部分的说明针对充电和放电两个功能，因为ADP1972是降压和升压PWM控制器。

　　本方案中，ADC获得环路电压和电流的读数，但它不是控制环路的一部分。扫描速率与控制环路的性能无关，因此一个ADC就能测量多通道系统中大量通道的电流和电压。DAC也是如此，因而可以使用低成本DAC来设置多个通道。此外，单个处理器只需控制CV和CC设定点、工作模式及管理功能，因而它可以与许多通道接口。

据中国汽车技术研究中心预测，到2020年，我国汽车动力电池累计报废量将达到12万~17万吨的规模，电池回收问题引起人们越来越多的关注。为加强新能源汽车动力蓄电池回收利用管理，规范行业发展，推进资源综合利用，12月1日，国家工信部网站公布《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》(征求意见稿)，向社会公开征求意见，这意味着动力电池的回收工作将有法规可依。

然而，动力电池的回收还面临诸多问题，有没有一种方法，让电池的成本降下来，让回收更方便、污染更少？答案是有。在近日举办的“2016中国储能技术与应用大会”上，中科院电工研究所研究员陈永翀发表了“基于可回收理念的新型储能锂电池研究”主题演讲，分享了其团队关于新型储能电池的研究成果。这种新型结构的储能锂电池，不但让锂电池真正做到可回收，还降低了电池的制造成本和使用成本，具有传统锂电池所不具备的很多优点，从技术创新的角度来说，电池的回收或将迎来曙光。

锂电池回收难在哪儿

无论是圆柱锂电池还是方型锂电池，从内部结构来看，所有的锂电池都是粘接电极，而粘接电极给动力锂电池的回收带来很大困扰。Co元素和Li元素回收要拆解，由于杂质太多，只能把粘接的电极全部打碎，里面碎的铝箔、铜等材料重新用冶金方式回收。陈永翀表示，这样回收不但成本高，污染也大，回收过程中产生的酸、碱的处理也是个问题。

其次，这样的粘接结构还导致锂电池的动态循环寿命缩短。如果将锂电池用作静态储能，电池的循环寿命会很长，但是在运动状态中使用的话，使用环境会使电池寿命受到影响。此外，随着不同季节温度的变化，电池内部也会出现膨胀、收缩等现象，久之活性颗粒接触内阻升高，电池极片松动脱落，电池循环寿命会急剧下降。

“所以动力电池的寿命和狭义的静态储能电池的寿命(不一样)，在实验室静态下测试很好，但在动态实际情况下使用寿命不见得会很好，这个要区别开来。”陈永翀说。

此外，动力电池和储能电池需要串联、并联，要求电池具有较好的一致性。电池涂布厚度很薄，比如100微米，设备厂商要求精度要控制在±0.5微米，而一套普通的挤压式涂布机约300万元一套，设备投资合0.3~0.5Wh/元，这就导致了大型锂电池高昂的制造成本。

新型储能锂电池有望解决电池回收难题

针对传统锂电池回收的这些问题，陈永翀带领的科研团队正在研发一种新型储能锂电池，他们从锂电池的内部结构入手，把锂电池内部粘接改为加热状态，上面几个问题则迎刃而解。

这种新型储能锂电池的浆料回收、再生容易，纯度也很高，将缺少的元素补上之后，还可再用；浆料耐冲击，不存在松动脱落问题，电池动态寿命更长；浆料电极片是传统电极片厚度的5~10倍，绝对精度容易控制，电池的制造成本降低。

该新型储能锂电池的库存效率很高，跟现有锂电池一样可高达99%以上，它的能量效率比目前现有锂电池稍低，但大于90%，此外，该电池的循环性也非常好。陈永翀表示，低速电动车和小型储能领域是该新型电池未来的一个应用市场。“我们不要求一个产品十全十美，可以应用在任何场合，这做不到，找到它的应用场合去做就行，百花齐放。”陈永翀说。

尽管铅酸电池能量密度低，寿命短，还是有大量的商业电动车和储能基站采用，这主要是因为锂电池成本太高。降低电池成本的途径无外乎三个方面：降低材料成本、降低制造成本和降低使用成本。通常情况下，人们通过提升能量密度从而在某种程度上降低材料成本(随着能量密度的增加，安全性能则会降低)，通过扩大规模来降低制造成本，通过提高静态寿命来降低使用成本。

陈永翀团队把电池内部粘接改为加热状态，让锂电池真正做到了可回收和可再生，且回收残值大于20%。他们不单单依靠规模化制造来降低成本，工艺结构也降低了回收成本；浆料具有耐冲击的特性，从而也提高了电池的动态寿命。这种新型储能锂电池的研究，是一种新思路，为电池回收难题带来了解决的曙光。

据悉，该新型储能电池研发项目开始于2010年，小试成功，从2016年4月1日开始中试，目前已经授权19项发明专利，并在进一步研发当中。