楊洛書 魏嵊峰 余義杰 楊建鋒

（東北林業(yè)大學(xué)交通學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150000）

全球能源危機(jī)日益加劇，同時(shí)傳統(tǒng)化石能源粗放式應(yīng)用造成的環(huán)境污染嚴(yán)重威脅著人類的健康生存，而電動(dòng)汽車在緩解能源危機(jī)、解決城市霧霾方面具有很大優(yōu)勢(shì)。目前電動(dòng)汽車廣泛采用磷酸鐵鋰型動(dòng)力鋰離子電池作為動(dòng)力源，主要考慮到這種類型動(dòng)力鋰離子電池正極材料安全性較高、價(jià)格相對(duì)較低以及對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。

正因?yàn)殡妱?dòng)汽車在解決城市環(huán)境危機(jī)方面優(yōu)勢(shì)明顯，近年來(lái)行業(yè)整體發(fā)展迅猛。動(dòng)力電池作為電動(dòng)汽車的動(dòng)力電源仍然是制約電動(dòng)汽車行業(yè)發(fā)展的瓶頸，盡管鋰離子電池的研究一直是各大高校及科研院所的研究熱點(diǎn)，但電池成本仍然居高不下。鋰離子動(dòng)力電池價(jià)格高昂固然與電池行業(yè)整體生產(chǎn)水平、電池材料價(jià)格高有關(guān)，但是將電動(dòng)汽車上退役下來(lái)的鋰離子動(dòng)力電池經(jīng)過(guò)篩選重組，重新梯次利用到其他對(duì)電池性能要求相對(duì)較低的場(chǎng)合，這將大大降低鋰離子動(dòng)力電池的實(shí)際利用價(jià)格，更有利于廢棄物資源節(jié)約化的發(fā)展方向。本文通過(guò)研究退役電池電化學(xué)性能，分析退役鋰離子動(dòng)力電池梯次利用可行性，為退役鋰離子動(dòng)力電池資源化、合理化利用提供技術(shù)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)中采用磷酸鐵鋰型軟包鋰離子動(dòng)力電池作為研究對(duì)象，電池容量大小為20Ah，生產(chǎn)廠家為河南環(huán)宇賽爾新能源科技有限公司。實(shí)驗(yàn)中用到設(shè)備包括：電池內(nèi)阻測(cè)試儀（日本日置，HIOKI-3554），鋰電池充放電儀（杭州可靠性儀器廠），高低溫箱（北京雅士林設(shè)備有限公司），熱成像儀（FLIR）。電池高低溫環(huán)境下放電性能實(shí)驗(yàn)是在高低溫箱中模擬進(jìn)行，高低溫箱具備防爆排氣功能。

文中退役鋰離子動(dòng)力電池（退役電池）都定義為電池在電動(dòng)汽車上運(yùn)行一定年限后，由于電池組整體容量無(wú)法滿足動(dòng)力電池性能要求而退運(yùn)，且經(jīng)過(guò)內(nèi)外特性分選后的合格單體電池；報(bào)廢鋰離子動(dòng)力電池（報(bào)廢電池）是指從電動(dòng)汽車上卸載下的電池被篩選以后，其外部形態(tài)或者容量、內(nèi)阻等電化學(xué)性能不再適合梯次利用的電池。

2 結(jié)果討論

2.1 電池分選

將電動(dòng)汽車上退役下來(lái)的鋰離子動(dòng)力電池組進(jìn)行拆解，首先根據(jù)電池外部形態(tài)初次篩選，篩選標(biāo)準(zhǔn)包括電池極耳是否完好，電池是否發(fā)軟、鼓脹以及表面起皺。

2.2 退役動(dòng)力鋰離子電池電化學(xué)性能分析

2.2.1 額定容量測(cè)試

鋰電池的額定容量測(cè)試機(jī)制如下：

（1）將鋰電池進(jìn)行1C 恒流充電（CC）至電壓為3.65V,轉(zhuǎn)恒壓充電（CV）至電流為0.05C 時(shí)截止；

（2）靜置10min；

（3）將電池進(jìn)行1C 恒流放電（CD），至放電截止電壓為2.0V；

（4）靜置10min；

按上述步驟，可測(cè)得單體電池的額定放電容量。

2.2.2 剩余壽命測(cè)試

退役電池的剩余容量測(cè)試機(jī)制如下：

（1）將單體電池進(jìn)行1C 恒流充電至電壓達(dá)到3.65V,轉(zhuǎn)恒壓充電至電流為0.05C 時(shí)截止；

（2）靜置10min；

（3）將電池按照定的條件恒電流放電；

（4）靜置10min；

按上述步驟，可測(cè)得單體電池在該放電條件下的剩余放電容量。

重復(fù)該充電放電步驟，記錄下每次充放電結(jié)束以后的電池余量，一共測(cè)試50 次左右，直達(dá)剩余電量是額定電量的70%～80%結(jié)束。

2.2.3 電壓測(cè)量

將單塊電池充滿后以恒定電流1/5A 放電，在放電時(shí)，利用電壓電阻測(cè)試儀每5 分鐘記錄一次此時(shí)的電壓值，直到放電結(jié)束。

在一次放電過(guò)程時(shí)電壓隨時(shí)間的變化都記錄下來(lái)，包括起始電壓，截止電壓。

每次充放電時(shí)的時(shí)間間隔，靜置時(shí)間保持不變。

進(jìn)行盡可能多的充放電實(shí)驗(yàn)，直到剩余容量為額定容量的70%～80%，將每一次放電時(shí)電壓隨時(shí)間的變化都記錄下來(lái)。

2.2.4 電流的測(cè)量

將單塊電池充滿后以恒定電壓放電，在放電時(shí)，利用電壓電阻測(cè)試儀每5 分鐘記錄一次此時(shí)的電流值，直到放電結(jié)束。在一次放電過(guò)程時(shí)電流隨時(shí)間的變化都記錄下來(lái)，包括起始電流，截止電流。

每次充放電時(shí)的時(shí)間間隔，靜置時(shí)間保持不變。

進(jìn)行盡可能多的充放電實(shí)驗(yàn)，將每一次放電時(shí)電流隨時(shí)間的變化都記錄下來(lái)。

2.2.5 電阻的測(cè)量

將單塊電池充滿后以恒定電流1/5A 放電，在放電時(shí)，利用電壓電阻測(cè)試儀每5 分鐘記錄一次此時(shí)的電阻值，直到放電結(jié)束。

在一次放電過(guò)程時(shí)電阻隨時(shí)間的變化都記錄下來(lái)，包括起始電阻，截止電阻。

每次充放電時(shí)的時(shí)間間隔，靜置時(shí)間保持不變。

進(jìn)行盡可能多的充放電實(shí)驗(yàn)，將每一次放電時(shí)電阻隨時(shí)間的變化都記錄下來(lái)。

2.2.6 SOC-OCV 測(cè)試

鋰電池的SOC-OCV 測(cè)試機(jī)制如下：

（1）將電池以一定的倍率恒流充電, SOC 每間隔10%，靜置1h，測(cè)得電池的開(kāi)路電壓；

（2）重復(fù)進(jìn)行第1 步充電，直至電池的SOC=0；

（3）將鋰電池以一定的倍率恒流放電SOC 每間隔10%，靜置1h,測(cè)得電池的開(kāi)路電壓；

（4）重復(fù)進(jìn)行第3 步放電，直至電池的SOC=0；

按上述步驟，可測(cè)得鋰電池在該充放電條件下的SOC-OCV曲線。

3 結(jié)果與討論

從電動(dòng)汽車上退役下來(lái)的鋰離子動(dòng)力電池，經(jīng)過(guò)分選重組后，梯次利用價(jià)值巨大。從退役電池電化學(xué)性能研究發(fā)現(xiàn)，與新電池相比經(jīng)過(guò)重組后其在容量、內(nèi)阻及一致性方面，均滿足梯次利用過(guò)程中對(duì)電池要求，退役電池在低溫場(chǎng)合中梯次利用要尤其做好加熱及保溫防護(hù)；退役電池?zé)岢上駵y(cè)試結(jié)果表明，電池在充放電時(shí)表面溫度分布均勻，溫差小；退役電池安全性測(cè)試結(jié)果也說(shuō)明其安全性滿足梯次利用要求，退役電池梯次利用價(jià)值及潛力巨大。