鉅大LARGE | 點擊量:763次 | 2020年11月24日
什么樣的電池適合進一步梯次利用?
1正極材料不同帶來電芯性能的差別
正極材料的安全性,能量密度和功率密度是當前不同車型對鋰離子電池類型做出取舍的基本依據,但后文可以看到,動力鋰電池自身的特性,并不能完全的決定梯次利用性能的好壞。
1)錳酸鋰
錳酸鋰,作為使用歷史比較長的一種鋰離子電池材料,其安全性高,尤其抗過充能力強,是一大突出優點。由于錳酸鋰自身結構穩定性好,在電芯設計時,正極材料的用量不必超越負極太多。這樣,使得整個體系中的活性鋰離子的數量不多,在負極充滿以后,不會有太多的鋰離子存于正極。即使出現了過充情形,也不會出現大量鋰離子在負極沉積形成結晶的狀況。因而,錳酸鋰的耐過充能力在常用材料中是最好的。
另外,材料價格低廉,并且對生產工藝要求相對不高,是比較早取得廣泛應用的正極材料。
2)磷酸鐵鋰
磷酸鐵鋰的優點重要體現在安全性和循環壽命上。重要的決定因素來自于磷酸鐵鋰的橄欖石結構。這樣的結構,一方面導致磷酸鐵鋰較低的離子擴散能力,另一方面也使它具備了較好的高溫穩定性,和良好的循環性能。
磷酸鐵鋰的缺點也比較明顯,能量密度低,一致性差以及低溫性能不佳。
能量密度低是材料自身的化學性質決定的,一個磷酸鐵鋰大分子只能對應容納一個鋰離子。
3)三元鋰
三元鋰正極材料,綜合了LiCoO2、LiNiO2和LiMnO2三中材料的優點,在同一只電芯內部形成協同效應,兼顧了材料結構的穩定性、活性和較低成本三個要求,是三種重要正極材料中能量密度最高的一種。其低溫效果也明顯的好于磷酸鐵鋰離子電池。
三種元素中,Ni的含量越高,則電芯的能量密度越高,同時,電芯的安全性越低。在實際應用中,三種材料在電芯中的比例關系,隨著時間的推移一直在發生變動。人們對能量密度的追求越來越高,因而Ni的占比也越來越高。而電池本身安全性能的改進和系統監控處理事故能力的提高,也會推進三元鋰離子電池市場擴張的腳步
2退役動力鋰電池的重要對標是鉛酸蓄電池
關于當前正在應用鉛酸蓄電池的場景,很多都是價格敏感,空間不敏感,性能不敏感,才選擇使用鉛酸電池的。當退役動力鋰電池解決了價格問題,則很大可能替代鉛酸的部分應用。
有文獻專門比較了鉛酸蓄電池與推理動力鋰離子電池的特性。根據大多數汽車制造商和電池廠的建議,應該更換殘留7080%容量的EV鋰離子電池組,否則可能發生意想不到的駕駛故障和安全問題。目前這一過程通常發生在車輛運行35年后,要考慮更換電動汽車動力鋰電池組。
盡管退役鋰離子電池的一些性能參數有所下降,但與鉛酸電池相比仍有優勢。從表1的數據表中可以看出,退役電池的循環壽命和能量密度遠高于鉛酸電池,同時鉛酸蓄電池的價格優勢較弱。