锂离子电池首末段寿命老化研究：解锁石墨 / LFP 电池的秘密

为评估电动汽车电池再利用可行性，研究人员对 20 个石墨 / LFP 电池老化研究，揭示老化规律，助力电池再利用。

　　# 锂离子电池首末段寿命老化研究：解锁石墨 / LFP 电池的秘密
在当今时代，电动汽车（EV）的快速发展使得锂离子电池的需求急剧增长。这些锂离子电池在电动汽车中预计要使用数年，其健康状态（State of Health，SoH）在使用寿命内会从 100% 降至 70% 。然而，现实却有些 “打脸”，近期数据显示，部分电池在 SoH 高于 80% 时就结束了首次使用寿命，这可让大家犯了难。在欧洲，回收电动汽车电池虽是强制要求，能为新电池提供材料，但回收和生产新电池会产生比再利用更高的污染排放。而这些电池剩余的容量其实还能在诸如调峰、能量转移、微电网等固定应用场景中 “发挥余热”。可问题来了，很少有研究关注石墨 / LFP 电池在首次和二次使用中的长期老化情况，这就导致在评估电动汽车电池再利用的技术可行性时缺乏关键依据。为了确保电池在二次使用中的可行性，准确预测剩余容量就变得至关重要，它关乎经济平衡和减少环境影响。

在这样的背景下，法国的 Universite Claude Bernard Lyon 1 和 Univ. Grenoble Alpes 等机构的研究人员 William Wheeler、Yann Bultel、Pascal Venet 和 Ali Sari 展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Scientific Data》上，为该领域带来了新的曙光。

研究人员开展了一项针对 20 个 A123 18650 型石墨 / 磷酸铁锂（Graphite/LFP）锂离子商业电池的老化研究。这些电池额定容量为 1.1Ah，有着特定的电压、充放电倍率等参数。研究采用了加速老化实验、电化学阻抗谱（EIS）等技术方法。在加速老化实验中，研究人员将电池在 50°C 环境下进行老化测试，每 100 个循环进行一次中间表征，以此评估不同参数对电池老化和 “老化拐点（ageing knee）” 发展的影响。电化学阻抗谱则用于在实验前后测试电池的阻抗。

研究结果主要分为以下几个方面：

1. 电池老化实验结果

研究人员设置了多个测试案例，模拟不同的使用场景。在不同充放电条件下，电池的老化情况各不相同。例如，降低充电截止电压、改变充电方式、调整充放电倍率以及改变放电深度（Depth of Discharge，DoD）等，都会对电池老化产生影响。实验数据显示，同一测试组内的电池在实验结束时容量存在差异，但老化模式一致。而且，部分电池在 24 个月的实验结束时 SoH 在 50% - 30% 之间，第 6 组和第 7 组的电池容量衰减明显加速。

2. 电化学阻抗谱测量结果

研究人员通过 EIS 测量发现，所有电池在荷电状态（State of Charge，SoC）为 0% 时的阻抗高于 50% 和 100% 时。并且，老化实验后，电池的串联电阻（阻抗虚部为零时的阻抗值）和电荷转移电阻（实轴上半圆实部的长度）都有所增加。

3. 电池电极分析结果

通过对电池的分析，研究人员发现负极的石墨存在局部损失，这降低了电池的循环性能。而正极的磷酸铁锂（LFP）电极则没有出现缺陷或容量损失。

总的来说，这项研究全面地展示了石墨 / LFP 电池在首次和二次使用中的老化过程，为后续研究提供了丰富的数据支持。这些数据可用于开发新的诊断和预测方法、训练人工智能和神经网络、建立电池和老化模型等。研究揭示的电池老化规律和影响因素，对评估电动汽车电池的再利用可行性具有重要意义，有助于推动电池二次利用领域的发展，在经济和环境层面都有着不可忽视的价值。它就像一把钥匙，为解锁锂离子电池的更多奥秘，实现更高效、更环保的能源利用打开了一扇门。