1正极材料不同带来电芯性能的差别
正极材料的安全性,能量密度和功率密度是当前不同车型对锂离子电池类型做出取舍的基本依据,但后文可以看到,动力锂电池自身的特性,并不能完全的决定梯次利用性能的好坏。
1)锰酸锂
锰酸锂,作为使用历史比较长的一种锂离子电池材料,其安全性高,尤其抗过充能力强,是一大突出优点。由于锰酸锂自身结构稳定性好,在电芯设计时,正极材料的用量不必超越负极太多。这样,使得整个体系中的活性锂离子的数量不多,在负极充满以后,不会有太多的锂离子存于正极。即使出现了过充情形,也不会出现大量锂离子在负极沉积形成结晶的状况。因而,锰酸锂的耐过充能力在常用材料中是最好的。
另外,材料价格低廉,并且对生产工艺要求相对不高,是比较早取得广泛应用的正极材料。
2)磷酸铁锂
磷酸铁锂的优点重要体现在安全性和循环寿命上。重要的决定因素来自于磷酸铁锂的橄榄石结构。这样的结构,一方面导致磷酸铁锂较低的离子扩散能力,另一方面也使它具备了较好的高温稳定性,和良好的循环性能。
磷酸铁锂的缺点也比较明显,能量密度低,一致性差以及低温性能不佳。
能量密度低是材料自身的化学性质决定的,一个磷酸铁锂大分子只能对应容纳一个锂离子。
3)三元锂
三元锂正极材料,综合了LiCoO2、LiNiO2和LiMnO2三中材料的优点,在同一只电芯内部形成协同效应,兼顾了材料结构的稳定性、活性和较低成本三个要求,是三种重要正极材料中能量密度最高的一种。其低温效果也明显的好于磷酸铁锂离子电池。
三种元素中,Ni的含量越高,则电芯的能量密度越高,同时,电芯的安全性越低。在实际应用中,三种材料在电芯中的比例关系,随着时间的推移一直在发生变动。人们对能量密度的追求越来越高,因而Ni的占比也越来越高。而电池本身安全性能的改进和系统监控处理事故能力的提高,也会推进三元锂离子电池市场扩张的脚步
2退役动力锂电池的重要对标是铅酸蓄电池
关于当前正在应用铅酸蓄电池的场景,很多都是价格敏感,空间不敏感,性能不敏感,才选择使用铅酸电池的。当退役动力锂电池解决了价格问题,则很大可能替代铅酸的部分应用。
有文献专门比较了铅酸蓄电池与推理动力锂离子电池的特性。根据大多数汽车制造商和电池厂的建议,应该更换残留7080%容量的EV锂离子电池组,否则可能发生意想不到的驾驶故障和安全问题。目前这一过程通常发生在车辆运行35年后,要考虑更换电动汽车动力锂电池组。
尽管退役锂离子电池的一些性能参数有所下降,但与铅酸电池相比仍有优势。从表1的数据表中可以看出,退役电池的循环寿命和能量密度远高于铅酸电池,同时铅酸蓄电池的价格优势较弱。