鋰電池衰退的真正原因是什么？為了找出循環(huán)不穩(wěn)定的原因，科學(xué)家們試圖觀察，當(dāng)電池完成100次循環(huán)后，磁鐵礦的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)變化情況。他們結(jié)合透射電子顯微鏡（TEM）和同步X射線吸收光譜（XAS），進(jìn)行研究。TEM的電子束通過樣本傳輸，產(chǎn)生特征物質(zhì)的結(jié)構(gòu)圖像或衍射圖案，XAS利用X射線來探測材料的化學(xué)性質(zhì)。

 

 

 

科學(xué)家們利用這些技術(shù)發(fā)現(xiàn)，第一次放電時，磁鐵礦完全分解成金屬鐵納米顆粒和氧化鋰。但在接下來的充電過程中，這種轉(zhuǎn)化反應(yīng)并不是完全可逆的，金屬鐵和氧化鋰的殘留物仍然存在。此外，磁鐵礦原始的“尖晶石”結(jié)構(gòu)在帶電狀態(tài)下演化為“巖鹽”結(jié)構(gòu)（在兩種結(jié)構(gòu)中，鐵原子的位置并不完全相同)。在隨后的充放電循環(huán)中，巖鹽氧化鐵與鋰相互作用，形成氧化鋰與金屬鐵納米顆粒的復(fù)合物質(zhì)。因?yàn)檗D(zhuǎn)化反應(yīng)不是完全可逆的，這些殘余產(chǎn)物會逐漸積累起來。科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)，電解質(zhì)（使鋰離子在兩個電極之間流動的化學(xué)介質(zhì)）在隨后的循環(huán)中會分解。

 

 

 

在研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，科學(xué)家們提出一種儲能能力衰退的解釋。CFN電子顯微鏡小組的科學(xué)家、共同首席作者SooyeonHwang說，“由于氧化鋰的電子導(dǎo)電性較低，它的積累會對在電池正負(fù)極之間穿梭的電子形成屏障，我們把它叫做內(nèi)部鈍化層。同樣，電解質(zhì)分解也會形成表面鈍化層，阻礙離子傳導(dǎo)。這些障礙累積起來，阻礙電子和鋰離子到達(dá)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的活性電極材料。”

 

 

 

科學(xué)家們指出，在低電流下運(yùn)行電池，可以通過減慢充電速度，恢復(fù)部分容量為電子傳輸提供足夠的時間；然而，要徹底解決這一問題，還需要其他方案。他們認(rèn)為，在電極材料中添加其他元素和改變電解質(zhì)，可以改善容量衰減。

 

 

 

梯次利用步伐加快

 

 

 

工業(yè)和信息化部網(wǎng)站日前發(fā)文稱，中國鐵塔公司于2018年停止采購鉛酸電池，并大力推廣鋰電池梯次利用，已在全國31個省區(qū)市約12萬個基站使用梯次電池約1.5GWh，替代鉛酸電池約4.5萬噸。

 

 

 

鐵塔公司所使用的梯次電池正是新能源汽車退役的動力蓄電池。據(jù)介紹，正常情況下，新能源汽車動力蓄電池容量衰減至80%以下時，將不能完全滿足汽車動力需求，但仍然可以梯次利用于其他領(lǐng)域。

 

 

 

事實(shí)上，退役的動力蓄電池，若未經(jīng)科學(xué)處理，未能進(jìn)入梯次利用隊(duì)列，將威脅公共安全，并對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。同時，也是對金屬資源的浪費(fèi)。據(jù)中國汽車技術(shù)研究中心有限公司的相關(guān)專家介紹，廢舊動力蓄電池處置不當(dāng)不僅存在觸電、燃爆和腐蝕等安全隱患，還會造成嚴(yán)重的重金屬和電解液污染。

 

 

 

專家預(yù)計(jì)，2020年我國退役動力蓄電池累計(jì)約為20萬噸，至2025年將達(dá)78萬噸。可以說，動力蓄電池工作仍面臨較大壓力。

 

 

 

但是，我國動力蓄電池回收的一大優(yōu)勢就是退役電池分布地區(qū)較為集中。此前，為了推動新能源汽車發(fā)展，科技部、財政部等多個部委聯(lián)合發(fā)起了“十城千輛節(jié)能與新能源汽車示范推廣應(yīng)用工程”，計(jì)劃用3年左右的時間，每年發(fā)展10座城市，每座城市推出1000輛新能源汽車開展示范運(yùn)行，并最終選出了3批共25座試點(diǎn)城市。因此，如今的退役動力蓄電池也主要集中在深圳、合肥、北京等新能源汽車推廣力度較大的城市。

 

 

 

回收體系加快完善

 

 

 

2018年，工業(yè)和信息化部聯(lián)合科技部、生態(tài)環(huán)境部、交通運(yùn)輸部、商務(wù)部、市場監(jiān)管總局、能源局發(fā)布了《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》，構(gòu)建回收利用管理機(jī)制，推動建立回收利用體系。

 

 

 

為了明確溯源信息采集要求，新能源汽車國家監(jiān)測與動力蓄電池回收利用溯源綜合管理平臺也上線運(yùn)營。目前，已有393家汽車生產(chǎn)企業(yè)、44家報廢汽車回收拆解企業(yè)、37家梯次利用企業(yè)和42家再生利用企業(yè)加入平臺。

 

 

 

工業(yè)和信息化部還確定在京津冀、上海等17個地區(qū)，以及中國鐵塔公司開展試點(diǎn)，積極培育標(biāo)桿企業(yè)，探索技術(shù)經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)、資源環(huán)境友好的多元化回收利用模式。北汽新能源、廣汽三菱等45家企業(yè)共設(shè)立了3204個回收服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)，主要集中在京津冀、長三角、珠三角及中部新能源汽車保有量較高的地區(qū)。

 

 

 

同時，汽車制造、電池生產(chǎn)及綜合利用等企業(yè)在備電、儲能等領(lǐng)域積極開展梯次利用試驗(yàn)?？傮w來看，梯次利用市場潛力還是很大的，已成為行業(yè)發(fā)展熱點(diǎn)，部分企業(yè)正在梯次利用領(lǐng)域探索“以租代售”等新商業(yè)模式。