虽然已经博士毕业多年，但仍保持着阅读论文的习惯，主要原因是从信息获取的角度来看，学术论文写得是真TM良心啊！体现在两点：
- 语言精炼、插图精美：一篇好论文从调研、构思、写作、修改、发表，至少要花费高水平人才几十小时时间，那图文质量肯定比几十分钟一篇的媒体文章好太多啦！
- 有迹可循、躲开私货： 媒体文章一般都带有一定的目的，或以偏概全、或诡辩之术、或干脆伪造信息，将读者思维带偏；而学术文章讲究严谨的逻辑、全面标出引用，可以帮助读者更有效率地获取知识。
论文虽好，但普通人一般也不具备高效阅读论文的能力。
因此，我打算定期分享一些电动汽车相关的经典论文，将论文中的亮点通俗易懂地表述出来，想深究的可以去看论文原文，不想深究的也能看个乐呵。
分享的第一篇论文是<A review on the key issues of the lithium ion battery degradation among the whole life cycle>[1]，翻译成中文就是"全生命周期分析锂电池寿命衰减的综述"。
综述(Review)是个好东西： 要研究一个领域，原本要花费大量时间去搜索、阅读、整理上百篇论文，而现在只需要看一篇综述就行了！
如何通俗地理解锂电池寿命衰减？
随着锂离子电池在消费电子与电动汽车两个行业的广泛应用，普通吃瓜群众也都认识到一个常识：锂离子电池的容量越用越少，学术上叫Battery degradation.
追问一：那锂电池为啥会衰退呢？
吃瓜群众直观上还可以理解，就像人会老一样，时间长了肯定会衰退。这是自然规律，有什么奇怪的呢？
追问二：那锂电池有几种衰退形式？
这就进入吃瓜群众的知识盲区了：不管你是男是女，是中国人还是美国人，年纪大了都会老，都是一个道理，哪还有不同的衰老形式呢？
这篇论文画了一张经典的图：红框圈住的部分是锂离子电池的不同衰退机理。大概有十几种吧,每种衰退形式都标出了引用文献，想深究的读者按图索骥就可以深入研究。
上图很经典，但不是给吃瓜群众看的。对吃瓜群众来说，也有直观地理解方法：
- 水箱(Tank)模型：左手拿一个杯子，是负极；右手拿一个杯子，是正极；水就是锂离子。将左杯的水倒入右杯，是充电；把右杯的水倒入左杯，是放电 —— 就是这么简单！
- 容量衰减：倒水过程中，不小心把水洒掉了，下次可以倒的水就少了，这叫LLI(loss of lithium ion inventory)形式的衰退；水杯结垢了、水杯上沿磕坏了，那样水虽然没少但能倒的水也变少了，这叫LAM(loss of active materials)形式的衰退。
除此之外还有internal resistance increase (RI) and loss of electrolyte (LE)两种衰退形式，原谅我不知道怎么比喻。
那么问题来了：
- 向上说： 不同形式的衰退，是分别由什么原因引起的呢？
- 向下说： 不同形式的衰退，会分别带来什么后果呢？
嗯…… 很复杂，都在下图中了，大家瞅一眼就行吧！
三元锂电池，镍锰钴分别是干嘛的？
普通消费者，一般是这么认知锂离子电池的分类的：
- 第一，有磷酸铁锂和三元锂两种： 前者是比亚迪的绝活，后者则是行业主流。
- 第二，三元锂分NCA(镍钴铝)与NCM(镍钴锰)两种：前者是特斯拉专用，后者则是行业主流。
- 第三，NCM分为523、622、811： 以前都用622，19年之后向811过渡，能量密度越来越高。
此论文中有个图，就把上面这些信息全概括了：
- 电解液稳定区： 浅绿色为稳定区，也就是安全。传说中的钛酸锂电池(LTO)稳稳地坐在浅绿色中央，非常稳定、非常安全！ 格力董小姐收购银隆新能源，想必是看中了LTO的这一点吧？ 但是，等等，似乎有个重大问题：LTO能量密度怎么这么低（横坐标乘以纵坐标），为何之前没人告诉我这一点，是哪个小人要害哀家？？！！
- 主流三元锂：NCM与NCA占据着行业主流地位，比磷酸铁锂(LFP)、钴酸锂(LCO)、锰酸锂(LMO)的能量密度都高。二者相比，特斯拉的NCA比其它企业用的NCM更高一些。
- 在危险的边缘疯狂试探：图中，比三元锂能量密度更高的，就是富锂材料(Li-rich)了。然而，富锂材料一只脚都跨到浅绿稳定区的外面区了 —— 这也就是所谓的能量密度与安全的trade-off关系。唉，锂电行业不容易啊！
好了，理解了上面这些之后，如果有人再追问一句……
追问：三元锂的镍钴锰元素，分别做啥用的？
回应：一脸懵圈
这篇论文通俗地概括了一下：
- 加大容量的镍Ni：镍提供大房子，可以装很多锂离子，但是热稳定性与循环寿命差。
- 保障安全的锰Mn：锰增强循环寿命、提高稳定性保障安全。其实很好记，医学上都用高锰酸钾药水呢，看来锰Mn就是个保障安全的元素啊（戏言）！！
- 提高功率的钴Co：可以提高电导率，简单地说就是让锂离子在正负极材料中穿梭得更顺畅，从而提高功率密度。
这么一来，是不是就很好记了？
混动与纯电，电池衰退形式一样吗？
论文给出了一张图，直观地表现出混动与纯电的锂电池使用条件 不同：
- 纯电车(BEV)：充电时SOC一直向上，放电时一直向下。
- 混动车(HEV)：与之不同，而是在一个区间里频繁地充放电。
- 插混车(PHEV)：介于二者之间，电足的时候像纯电，先放电；电量不足时像混动，在一个区间里频繁充放电。
那不同的使用条件，对锂电池的寿命会有不同的影响吗？
先说纯电动车。
提一个很有意思的问题：若条件允许，是每次用到80%就充满电好呢，还是每次用到20%再充满电好呢？
答案并非很符合直觉，有两个效应：
- SOC效应：电池处于高SOC的时间越长，意味着容量衰退越快 —— 高SOC对电池来说是一种"非自然"的状态，它渴望释放以达到低SOC状态，否则就会憋得减寿，你懂的。如果在80%-100%之间循环，平均SOC就是90%，更容易衰减；如果在20%-100%之间循环，平均SOC就是60%，好得多。
说到这里，大家就会想到：每天晚上到家就充电，相当于后半夜都处于满SOC状态，岂不是对电池寿命不好？ 为啥不设置成后半夜开始充电，早晨充满呢？
这确实是一个有意思的问题，涉及到充电策略问题与电网负载问题，前者在我之前的文章[2]有讨论，后者在另外一篇文章[3]中有讨论。
- DOD(放电深度)效应：20%-100%之间循环，虽然平均SOC降下来了，但是由于DOD比较大，正负极材料在充放电过程中分子结构变化比较大：一会撑开，一会松下去，这样也会导致寿命衰减。
在SOC效应与DOC效应综合作用上，理论上来说存在一个最优DOD，不是一个确定的值，某个试验显示出：大概是40%DOD，也就是从100%SOC放电到60%左右。
混动的话，规律比较复杂……总体上来说，在低SOC循环的话寿命会高一些。
论文亮点
上面介绍的，是论文中一些比较容易懂的点。
从学术上来说，这篇Review的主要贡献是：已有的Review大部分是概括了factors(影响因素)、aging mechanisms(衰退机理), degradation models(衰退模型)和diagnostic methods(诊断方法)的其中一个方面，而本论文是从综合的角度都概况了，更全面、更综合。
论文下载
本论文源自Elsevier期刊国际交通电动化杂志(eTransportation)第一期，一年内可以免费下载：https://www.sciencedirect.com/journal/etransportation/vol/1/suppl/C
欢迎汽车电动化的科研大佬们投稿！
论文导读不易，如果对您有帮助，就点个赞吧！
来源：知乎 www.zhihu.com
作者：张抗抗
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