1正極材料不同帶來(lái)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(dāng)前不同車型對(duì)鋰離子電池類型做出取舍的基本依據(jù)，但后文可以看到，動(dòng)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(zhǎng)的一種鋰離子電池材料，其安全性高，尤其抗過(guò)充能力強(qiáng)，是一大突出優(yōu)點(diǎn)。由于錳酸鋰自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，在電芯設(shè)計(jì)時(shí)，正極材料的用量不必超越負(fù)極太多。這樣，使得整個(gè)體系中的活性鋰離子的數(shù)量不多，在負(fù)極充滿以后，不會(huì)有太多的鋰離子存于正極。即使出現(xiàn)了過(guò)充情形，也不會(huì)出現(xiàn)大量鋰離子在負(fù)極沉積形成結(jié)晶的狀況。因而，錳酸鋰的耐過(guò)充能力在常用材料中是最好的。

另外，材料價(jià)格低廉，并且對(duì)生產(chǎn)工藝要求相對(duì)不高，是比較早取得廣泛應(yīng)用的正極材料。

2）磷酸鐵鋰

磷酸鐵鋰的優(yōu)點(diǎn)重要體現(xiàn)在安全性和循環(huán)壽命上。重要的決定因素來(lái)自于磷酸鐵鋰的橄欖石結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)，一方面導(dǎo)致磷酸鐵鋰較低的離子擴(kuò)散能力，另一方面也使它具備了較好的高溫穩(wěn)定性，和良好的循環(huán)性能。

磷酸鐵鋰的缺點(diǎn)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(xué)性質(zhì)決定的，一個(gè)磷酸鐵鋰大分子只能對(duì)應(yīng)容納一個(gè)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(yōu)點(diǎn)，在同一只電芯內(nèi)部形成協(xié)同效應(yīng)，兼顧了材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、活性和較低成本三個(gè)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(shí)，電芯的安全性越低。在實(shí)際應(yīng)用中，三種材料在電芯中的比例關(guān)系，隨著時(shí)間的推移一直在發(fā)生變動(dòng)。人們對(duì)能量密度的追求越來(lái)越高，因而Ni的占比也越來(lái)越高。而電池本身安全性能的改進(jìn)和系統(tǒng)監(jiān)控處理事故能力的提高，也會(huì)推進(jìn)三元鋰離子電池市場(chǎng)擴(kuò)張的腳步

2退役動(dòng)力鋰電池的重要對(duì)標(biāo)是鉛酸蓄電池

關(guān)于當(dāng)前正在應(yīng)用鉛酸蓄電池的場(chǎng)景，很多都是價(jià)格敏感，空間不敏感，性能不敏感，才選擇使用鉛酸電池的。當(dāng)退役動(dòng)力鋰電池解決了價(jià)格問(wèn)題，則很大可能替代鉛酸的部分應(yīng)用。

有文獻(xiàn)專門比較了鉛酸蓄電池與推理動(dòng)力鋰離子電池的特性。根據(jù)大多數(shù)汽車制造商和電池廠的建議，應(yīng)該更換殘留7080％容量的EV鋰離子電池組，否則可能發(fā)生意想不到的駕駛故障和安全問(wèn)題。目前這一過(guò)程通常發(fā)生在車輛運(yùn)行35年后，要考慮更換電動(dòng)汽車動(dòng)力鋰電池組。

盡管退役鋰離子電池的一些性能參數(shù)有所下降，但與鉛酸電池相比仍有優(yōu)勢(shì)。從表1的數(shù)據(jù)表中可以看出，退役電池的循環(huán)壽命和能量密度遠(yuǎn)高于鉛酸電池，同時(shí)鉛酸蓄電池的價(jià)格優(yōu)勢(shì)較弱。

表一，鋰離子電池和鉛酸電池的參數(shù)比較

3影響梯次利用的重要因素

1）檢測(cè)、篩選、再加工成本

退役動(dòng)力鋰電池的再利用生存空間，可能會(huì)隨著新電池成本的下降而逐漸被擠壓。短時(shí)間內(nèi)，不會(huì)受到其他類型電源的沖擊，包括降價(jià)以后的新電芯的沖擊，這是選擇梯次利用電芯細(xì)分品類首先要考慮的因素。

GGII數(shù)據(jù)顯示，2017年年底動(dòng)力鋰電池價(jià)格較2017年初下降20%~25%。磷酸鐵鋰離子電池組價(jià)格從年初的1.8~1.9元/Wh下降到年底的1.45~1.55元/Wh。三元?jiǎng)恿︿囯姵匕鼉r(jià)格從年初的1.7~1.8元/Wh下降到年底的1.4~1.5元/Wh。

有新聞報(bào)道稱，2017年中期，我國(guó)動(dòng)力鋰電池比能量為180Wh/kg，到2020年，動(dòng)力鋰電池比能量也會(huì)不斷提升，將達(dá)到300Wh/kg。到2020年，全球電池系統(tǒng)每千瓦時(shí)平均價(jià)格，大約在1000元人民幣、100美元和100歐元之間。

當(dāng)新舊電池的差價(jià)接近檢測(cè)、再加工、設(shè)備更換、舊電池維護(hù)維修等二次利用電池的綜合成本以后，就可能出現(xiàn)舊電池沒(méi)有再利用價(jià)值的情況。假如可以利用歷史數(shù)據(jù)，則省去部分檢測(cè)成本，這個(gè)時(shí)刻會(huì)來(lái)的晚一些。

沒(méi)有再利用的沖動(dòng)以后，動(dòng)力鋰電池只有拆解回收原材料這個(gè)方式集中處理。電池拆解應(yīng)該是生命周期較長(zhǎng)的一種電芯處理方式。當(dāng)然，電芯二次處理以及統(tǒng)一規(guī)格、模組設(shè)計(jì)，電池包運(yùn)營(yíng)模式等等，對(duì)電芯級(jí)別的二次利用都有影響，還要觀察相關(guān)技術(shù)發(fā)展情況，加工成本的降低趨勢(shì)。

2）處理技術(shù)有降成本的空間，提高效率的空間

這個(gè)角度其實(shí)是1）的延伸，什么樣的電芯能夠?qū)崿F(xiàn)少量研發(fā)支持批量生產(chǎn)應(yīng)用呢？

a規(guī)格一致性

在電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)前期出現(xiàn)，電芯種類多，量又不大，而電芯的檢測(cè)，不同類型的電芯，參數(shù)個(gè)性化很強(qiáng)，因此，可以說(shuō)，到目前，18650等通用規(guī)格的電芯，比較具備研究?jī)r(jià)值。

b有歷史數(shù)據(jù)的電芯

有了歷史數(shù)據(jù)，動(dòng)力鋰電池都經(jīng)歷了什么濫用，充放電容量總體變化情況，電壓等等都記錄在案。借助對(duì)電芯外部特性與內(nèi)在結(jié)構(gòu)之間關(guān)系的研究成果，不用拿到電池就可以先進(jìn)行初步的一致性評(píng)價(jià)，剩余價(jià)值評(píng)價(jià)，安全性評(píng)價(jià)。

有官方文件要求，2017年之后注冊(cè)登記的新能源汽車產(chǎn)品，非個(gè)人購(gòu)買的新能源車輛、

個(gè)人購(gòu)買的商用車及專用車，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電動(dòng)汽車遠(yuǎn)程服務(wù)與管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GB/T32960）要求上傳相關(guān)數(shù)據(jù)。個(gè)人購(gòu)買的新能源乘用車，在整車車輛狀態(tài)、充電狀態(tài)、運(yùn)行模式發(fā)生變化時(shí)上傳相關(guān)數(shù)據(jù)，但不包括定位數(shù)據(jù)。在此之前，不同車輛電芯的數(shù)據(jù)記錄情況可能參差不齊。

3）動(dòng)力鋰電池二次利用的場(chǎng)景

目前熟知的是電力儲(chǔ)能電站，新能源電站，家用儲(chǔ)能，電力補(bǔ)給車輛，低速電動(dòng)汽車輛，通訊基站，新能源路燈等等。關(guān)于每一種應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)電池的性能要求，對(duì)價(jià)格的敏感程度，沒(méi)有具體數(shù)據(jù)，不敢往下結(jié)論，后續(xù)掌握具體數(shù)據(jù)后，在另起題目進(jìn)一步討論。但他們需求的不同，必然影響用戶選擇時(shí)，關(guān)注電池的什么性能，這是客觀存在的聯(lián)動(dòng)關(guān)系。

4一個(gè)典型的退役動(dòng)力鋰電池應(yīng)用場(chǎng)景舉例通訊基站

ChunboZHU于2017年發(fā)表在IEEE上的一篇論文，《Effectofremainingcyclelifeoneconomyofretiredelectricvehiclelithium-ionbatterysecond-useinbackuppowerforcommunicationbasestation》，針對(duì)通訊基站利用動(dòng)力鋰電池的推理模型，文章有發(fā)表周期，數(shù)據(jù)僅供參考。從這個(gè)案例不難看出，應(yīng)用場(chǎng)景的詳細(xì)信息，關(guān)于評(píng)價(jià)一種電芯的應(yīng)用是否合適，是非常重要的，因此過(guò)于籠統(tǒng)的評(píng)價(jià)合適或者不合適，這不科學(xué)。

1）工作條件和應(yīng)用場(chǎng)景

在我國(guó)，通信基站數(shù)量非常龐大，分布范圍很廣，在偏遠(yuǎn)郊區(qū)，道路兩側(cè)，山頂上建設(shè)了越來(lái)越多的基站。隨著技術(shù)的進(jìn)步，電網(wǎng)無(wú)法到達(dá)的偏遠(yuǎn)地區(qū)，太陽(yáng)能和風(fēng)能等可再生能源向基站供電也已經(jīng)廣泛出現(xiàn)。

目前，購(gòu)買鉛酸電池的市場(chǎng)價(jià)格及其后處理費(fèi)用分別為0.6元/Wh和0.2元/Wh。我國(guó)鐵塔有限公司開發(fā)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)所要求的鉛酸蓄電池的循環(huán)壽命超過(guò)200次。根據(jù)通信基站管理單元的研究，通信基站的備用電源工作條件，應(yīng)用場(chǎng)景及相關(guān)的詳細(xì)參數(shù)列于表二。

表二，基站的工作條件和應(yīng)用場(chǎng)景參數(shù)

*新能源場(chǎng)景，在白天使用太陽(yáng)能作為基站電源并給電池組充電，晚上使用備用電池組來(lái)維持基站的運(yùn)行，電池組相當(dāng)于每天1次充放電循環(huán)。

**高溫場(chǎng)景和三種或四種電場(chǎng)景含義為每個(gè)月停電次數(shù)4.5次。

***一種或兩種電力場(chǎng)景含義為每月停電次數(shù)3.5次。這里只有正常供電停電，才會(huì)用到電池供電。

2）成本計(jì)算模型

無(wú)論備用電源的工作條件如何，在比較備用鋰離子電池和鉛酸電池的工作條件時(shí)，要分析的參數(shù)都是相同的。這些參數(shù)重要包括：電池容量，購(gòu)買單價(jià)，安裝和更換成本，電力，電池組的廢舊處理成本，根據(jù)工作條件確定的不同操作策略，電池電量要求和電池放電時(shí)間等。

下面是各個(gè)成本估算相關(guān)參數(shù)的公式表述。在成本分析中，最重要的指標(biāo)是退役鋰離子電池與鉛酸電池相比每年平均節(jié)省多少成本，該指標(biāo)直接反應(yīng)退役鋰離子電池的經(jīng)濟(jì)性，可以通過(guò)公式（1）計(jì)算。