在政策的引導(dǎo)下中國(guó)的新能源汽車市場(chǎng)不斷壯大，隨著電動(dòng)汽車保有量的不斷提升，我們也要面臨一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)：退役后的動(dòng)力電池的回收。直接進(jìn)行回收效益較低，特別是對(duì)于磷酸鐵鋰電池，直接回收的收益甚至無法覆蓋成本，因此動(dòng)力電池的梯次利用就成為了挖掘動(dòng)力電池價(jià)值的有效方法。一般來說，我們認(rèn)為鋰離子電池的容量保持率降低到80%以下時(shí)就意味著電池壽命的終止，但是在實(shí)際使用中由于不同用戶使用習(xí)慣不同，以及電池組內(nèi)部衰降速度不同，所以最終我們得到的報(bào)廢電池的剩余容量并不都是80%，還需要我們對(duì)這些電池進(jìn)行篩選后采用進(jìn)行梯次利用，這些都會(huì)增加電池梯次利用的成本。

　　那么對(duì)退役的鋰離子電池進(jìn)行梯次利用究竟能否獲得經(jīng)濟(jì)效益呢?最近德國(guó)柏林工業(yè)大學(xué)的FelipeSalinas(第一作者，通訊作者)等人對(duì)淘汰的154組筆記本電池進(jìn)行回收、再利用，研究回收過程成本與收益之間的關(guān)系。

　　試驗(yàn)中作者選取了相對(duì)較為容易獲取的筆記本電池，筆記本電池通常都是由2-4節(jié)電池通過串并聯(lián)組合而成。相比于全新電池，淘汰電池的容量顯著降低，內(nèi)阻明顯上升，導(dǎo)致電池容量衰降和內(nèi)阻增加的主要原因有以下兩個(gè)方面：1)界面副反應(yīng)引起的活性Li損失，界面阻抗增加;2)正負(fù)極活性物質(zhì)損失。

　　鋰離子電池在壽命末期的衰降模式對(duì)于鋰離子電池的梯次利用也有非常重大的影響，例如有研究表明在0.5C充電/2C放電的工作模式下(35℃)，鋰離子電池的容量保持率在70%時(shí)仍然能夠維持線性衰降，這對(duì)于梯次利用是非常有利的，但是如果采用1C充/0.5C放電模式進(jìn)行工作，同樣的電池在容量保持率90%左右時(shí)就會(huì)開始跳水，這對(duì)于鋰離子電池的梯次利用是不利的。

　　退役鋰離子電池另外一個(gè)常見的問題是過放，這會(huì)對(duì)鋰離子電池的梯次利用產(chǎn)生不利影響，例如有研究表明LCO電池在放電到0.4V時(shí)銅箔開始發(fā)生溶解，LCO電池在0V狀態(tài)下進(jìn)行存儲(chǔ)后再次進(jìn)行充電時(shí)每7支電池里就會(huì)有一只發(fā)生短路，這對(duì)梯次利用中鋰離子電池的安全性是極大的挑戰(zhàn)。

　　淘汰電池的再利用成本分析

　　廢舊電池再利用主要面臨以下四個(gè)方面的問題：1)我們不知道電池的健康狀態(tài)SoH，因此需要對(duì)電池的剩余容量等指標(biāo)進(jìn)行再測(cè)試，這將是一個(gè)非常耗費(fèi)時(shí)間和資源的工作;2)缺少電池的使用記錄，某些已經(jīng)存在安全隱患的電池可能仍然被使用了一段時(shí)間;3)由于缺乏電池的基本信息，我們很難對(duì)電池在二次利用中的性能表現(xiàn)進(jìn)行預(yù)測(cè);4)我們對(duì)廢棄電池的檢測(cè)成本可能會(huì)高于全新電池的成本。

　　廢舊鋰離子電池再利用能否取得經(jīng)濟(jì)效益，關(guān)鍵在于其與新電池之間的成本比較，廢舊電池再利用的成本主要集中在以下幾個(gè)方面，首先我們需要對(duì)b個(gè)筆記本電池包進(jìn)行拆解，平均耗時(shí)為tbmin/battery，獲得n1個(gè)單體電池，然后我們還需要對(duì)這部分電池進(jìn)行篩選，獲得n2個(gè)有效電池，平均耗時(shí)t1min/cell，第三步是對(duì)初步篩選出的電池測(cè)量電壓，選擇電壓大于Vmin的電池，獲得n3個(gè)電池，第四步是對(duì)這部分電池進(jìn)行容量測(cè)試，選擇容量大于Cmin的電池，消耗時(shí)間為t3min/cell，最終獲得n4個(gè)電池。

　　BMS信息讀取

　　為了提高電池的篩選效率，作者首先讀取了電池BMS中的信息，根據(jù)存儲(chǔ)在BMS中的信息，我們可以獲得電池的滿電容量Cc，設(shè)計(jì)容量Cd，制造商信息，電池的循環(huán)信息。

　　電池拆解、測(cè)試和篩選

　　電池包拆結(jié)構(gòu)首先測(cè)量剩余電池的電壓，然后根據(jù)電池的外殼上的廠家等信息分析電池的體系，然后采用新威爾的電池測(cè)試設(shè)備對(duì)電池的剩余容量進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試制度如下表所示。

　　結(jié)果分析

　　試驗(yàn)中作者共對(duì)來自宏基、華碩、Dell、聯(lián)想等公司的152個(gè)電池包進(jìn)行了拆解，每個(gè)電池包有3-12個(gè)18650電池，共計(jì)拆出1034個(gè)電池，電池共計(jì)分為67中，容量從1.6Ah到3.1Ah，操作電壓范圍分別為2.5V-4.2V，以及3-4.35V。

　　首先作者進(jìn)行了初步的外觀篩選，22只電池表面有劃痕，20只電池表面的塑料皮被燒毀，三只電池發(fā)生泄漏，因此共計(jì)剩余電池n2=989只。

　　第二步是對(duì)989只電池的電壓進(jìn)行測(cè)量，電壓范圍為-0.76V-4.23V，有差不多一半的電池的電壓低于2.5V，因此有相當(dāng)部分的電池可能存在過放的風(fēng)險(xiǎn)。

　　接下來對(duì)這些電池進(jìn)行剩余容量測(cè)試，其中61只電池?zé)o法放電，這其中46只電池開路，14只電池短路。所有電池的剩余容量信息如下圖所示，電池的剩余容量為0.4-104.3%。從下圖a可以看到49%的電池的剩余容量要高于70%，概率最高的為剩余容量80-90%的電池。

　　下圖為我們?cè)O(shè)置不同的選擇條件時(shí)廢舊電池再利用的成本，可以看到二次利用成本最低可以達(dá)到63$/kWh，但是隨著我們篩選條件變的更加嚴(yán)格，最終得到的電池?cái)?shù)量更少，因此二次利用的成本也在不斷提升，從88$/kWh到482$/kWh，考慮到目前全新電池的成本為185$/kWh，因此當(dāng)我們將篩選條件設(shè)置為電壓不低于1.5V，剩余容量不低于90%時(shí)，二次利用電池的成本就要比新電池更高。

　　從上面的研究我們能夠看出二次利用電池并非一定比新電池便宜，只有到篩選條件較為寬泛時(shí)才能夠獲得較低的成本，值得注意的是這里的計(jì)算中并沒有包含廢舊電池再次成組成本，以及再利用電池的銷售成本，因此實(shí)際上鋰離子電池梯次利用的成本可能會(huì)更高，加之近年來隨著鋰離子電池成本的快速降低，因此二次利用鋰離子電池在經(jīng)濟(jì)上是否合適還需要進(jìn)行認(rèn)真的評(píng)估。

　　其次在鋰離子電池二次利用中可能還面臨一些列的風(fēng)險(xiǎn)，首先我們將剩余容量設(shè)定在70%以上時(shí)二次利用才具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值，但是在70%-90%容量范圍內(nèi)鋰離子電池發(fā)生非線性快速衰降的風(fēng)險(xiǎn)將大大增加，對(duì)后續(xù)的二次利用形成潛在風(fēng)險(xiǎn)。

　　當(dāng)然鋰離子電池梯次利用并非完全沒有前景，例如我們通過開放BMS信息，我們僅選取哪些剩余容量在70%以上的電池，從而降低篩選的成本，有助于降低鋰離子電池再利用的成本。