NEC锂离子启动电池的挑战：从摇篮到坟墓的回顾

跟着新式锂离子电池化学成分的开展，这些电池供给了相对安全的规划，并且具有杰出的功率和能量密度，这些电池类型在便携式电子产品和电动车辆等运用中被广泛采用，最近它们还被用作内燃机车辆的发起、燃烧（SLI）电源。本文总述了作为SLI电池的特定要素，鉴于一些技术挑战和商场机遇。锂离子SLI电池的优势当它作为现有铅酸电池的“即插即用”替代方案时，首要优势在于其更长的循环寿数和减轻的分量，铅酸电池在曩昔100年中一贯主导着SLI运用商场。在新式的欧洲电池立法对车辆运用限制性材料的背景下，考虑了安全、本钱、规划和检验规范等方面。对生命周期分析进行了简要概述，并分析了锂离子电池回收需求的增加，以及这对两种SLI电池能够有用回收并成为循环经济产品的影响。

介绍

在曩昔的三十年里，对轿车新式和改进的动力储存处理方案的需求增加，这给电池带来了额外的电力需求。这在必定程度上是因为车辆系统中增加了额外的舒适性和电气安全功用，最近则是通过减少传统内燃机轿车的燃料运用来减少CO2排放。
在19世纪末，铅酸电池作为首要电力来源不只用于轿车的SLI（起动、燃烧和照明），还被广泛运用于许多其他领域，如备用电力供应的固定电池、电动机、叉车、采矿车辆以及用于飞机、潜艇和矿用便携式头灯的特殊运用 [1]。跟着商业和乘用车辆的出产和运用量增加，铅酸电池的首要商场运用是用于SLI。跟着轿车商场在功用性和特别是作为乘用车辆的运用中扩展和现代化，铅酸SLI在制造功率和技术改进方面也得到了开展 [2]。最简略的比如是20世纪70年代的维护电池，需求定时向电池单元中填充水，到阀控式铅酸蓄电池（VRLA）、吸湿玻璃棉（AGM）和最近的增强型免维护密封电池（EFB）的呈现，维护电池几乎不需求维护。Garche等人最近出版的一本书[2]很好地概述了与轿车开展潮流相关的电池技术的呈现。特别是，部分原因是该行业对化石燃料的高度依靠以及工业化世界车辆运用量的大幅增加，相关的CO以及最近推出的增强型 flooded (EFB) 密封电池。Garche 等人最近出版的一本书 [2] 对相关电池技术的鼓起以及轿车的开展趋势进行了很好的概述。特别是，部分原因是该行业对化石燃料的高度依靠以及工业化世界车辆运用量的大幅增加，相关的 CO以及最近推出的增强型 flooded (EFB) 密封电池。Garche 等人最近出版的一本书 [2] 对相关电池技术的鼓起以及轿车的开展趋势进行了很好的概述。特别是，部分原因是该行业对化石燃料的高度依靠以及工业化世界车辆运用量的大幅增加，相关的 CO2 排放问题现已成为全球环境重视的问题，许多发达国家在其车辆排气系统中的处理和减少排放现已立法，这些国家在交通部分有两个、三个或四个方针，以行进其制造进程和车辆燃料消耗的动力功率。长期方针是将交通部分从首要依靠化石燃料的部分转变为以氢和电力为动力的部分 [3]。
减少乘客和商业内燃机驱动车辆排放的部分驱动力是运用集成智能技术在各种状况下减少车辆不必要的燃油运用。其间一种更简略更快速的处理方案是引入微混合或发起/中止系统，现在几乎成为中高端商场范围内一切新式车辆类型的组成部分，并可节约6%到8%的燃油[4]。更先进的混合动力车功用是轻度混合动力、混合动力和插电式混合动力系统，这些系统结合了大型电池与电动驱动系统，与内燃机一起运用，通过谨慎运用电池处理系统及其对CO2的影响来完成燃料消耗的减少。-等效减排。Nordelöf等人 [5] 现已很好地总结了这一点，他们回想了电动轿车生命周期评价的现状。
这一额外功用对内燃机的间歇发起给传统铅酸电池带来了压力，通过运用各种增加剂、碳和制造规划，显着行进了电池电极，这些电池现在作为增强型铅酸电池（EFB）或碳铅酸电池商业化 [4]。原始设备制造商 (OEMs) 拟定了世界上广泛接受的功用和仿照检验规范，并规则了电池在用于其消费者车辆之前必须通过的自身一系列规范和要求。其间包括从−30 °C的低温发起到75 °C的生命周期能力的极点温度条件。存在多种生命周期检验，试图尽或许仿照电池在车辆中的实践运用状况，以猜测电池在运用中或许持续的年份。此外，电池还必须符合一系列与或许的乱用状况或典型事端或毛病相关的安全检验。其间包括短路（内部和外部）、跌落和刺穿检验以及暴露在明火中的检验[6]。这些包括短路（内部和外部）、跌落和刺穿检验以及暴露在明火中的检验[6]。这些包括短路（内部和外部）、跌落和刺穿检验以及暴露在明火中的检验[6]。
在20世纪的技术昌盛中，呈现了如镍镉（NiCd）这样的新电池技术，不久之后被镍氢（NiMH）替代，并主导了便携式电子商场。这些电池也被用于一些较大的储能系统，并且仍在一些商业OEM的混合动力和插电式混合动力轿车中运用[7,8]。可是，这项技术在车辆起动-燃烧（SLI）电池商场或低本钱的备用储能运用（如光伏太阳能或家庭备用系统）中并未找到任何大规模的运用机遇。
另一方面，1990年代锂离子电池技术的呈现，索尼出产了第一批商业化的根据锂离子的可充电电池，其商场首要会合在便携式电子产品商场[9]。跟着便携式电子产品对能量存储需求的增加以及正极和负极新材料的呈现，电池在运用中的功用和安全性得到了行进。同时，电力电子技术的行进使得电池和电池组的电池处理系统（BMS）更加有用。这些电池被运用在许多新的便携式通讯设备以及混合动力和全电池电动轿车（BEV）上。Budde-Meiwes 等人 [10] 深入分析了竞赛电动轿车商场的各种电池技术的范围，并指出即使在2013年，虽然价格昂贵，锂离子电池化学技术的呈现也适用于各种混合动力到全电动轿车，与其他技术比较更为适宜。
我国和韩国等国家政府的很多鼓励和补助，推动了锂离子电池及相关技术的出产和商业化显着增加。据估计，2017年全球锂离子电池的年产量约为148吉瓦时，其间约60%产自我国[11,12]。与全球电池产量比较，铅酸电池仍以逾越全球电池容量75%的份额主导商场，2017年全球电池容量已逾越500吉瓦时[11,12]。除了相对较小的电力单元被广泛运用的便携式电子产品商场之外，锂离子电池的运用在电动自行车和电动滑板车的运用以及它们在纯电动轿车（BEV）中的运用上显着增加。据估计，2017年全球约出售了100万辆纯电动轿车和300万辆混合动力轿车[12]。与前一年比较，这增加了54% [13]。其他新式运用包括它们在电力备用和电网支撑系统中的运用，以及它们在内燃机驱动车辆和其他运用48伏电池系统的混合动力车辆中作为12伏SLI电池的运用[14,15]。早在2011年，Ceraolo等人[16]就研讨了用锂离子类型的配备来替代铅酸SLI电池的可行性，并得出结论，最大的优势是其相对更长的服务寿数，但电池的高本钱仍然是首要的按捺要素。其他新式运用包括它们在电力备用和电网支撑系统中的运用，以及在内燃机驱动车辆和其他运用48伏电池系统的混合动力车辆中作为12伏SLI电池的运用[14,15]。早在2011年，Ceraolo等人[16]就研讨了用锂离子类型的配备来替代铅酸SLI电池的可行性，并得出结论，最大的优势是其相对更长的运用寿数，但电池的高本钱仍然是首要的按捺要素。其他新式运用包括它们在电力备用和电网支撑系统中的运用，以及在内燃机驱动车辆和其他运用48伏电池系统的混合动力车辆中作为12伏SLI电池的运用[14,15]。早在2011年，Ceraolo等人[16]就研讨了用锂离子类型的配备替代铅酸SLI电池的可行性，并得出结论，最大的优势是其相对更长的运用寿数，但电池的高本钱仍然是首要的按捺要素。[16] 考虑了用锂离子电池组替代铅酸贫液式发起、照明和燃烧电池的可行性，并得出结论：最大的优势是其相对更长的运用寿数，但电池的高本钱仍然是首要的阻挠要素。[16] 考虑了用锂离子电池组替代铅酸贫液式发起、照明和燃烧电池的可行性，并得出结论：最大的优点是其相对比较长的运用寿数，但电池的高本钱仍然是首要的阻挠要素。