鋰離子電池降解和充電限制如何應(yīng)對？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-09-06 12:21
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鋰電池具有非常高的能量密度，這意味著它們可以存儲(chǔ)相當(dāng)大的電量：它們不會(huì)隨著時(shí)間的推移而自行放電，并且它們不需要維護(hù)—因?yàn)樗鼈儧]有內(nèi)存而且電池也不需要定期循環(huán)來延長壽命。
鋰電設(shè)備的未來前景光明，以至于電動(dòng)汽車制造商特斯拉投入約45億歐元來建立第一個(gè)太陽能電池超級工廠，為公司的Model S電池生產(chǎn)基于鋰離子的動(dòng)力墻、電池組和電池。世界上最大的鋰離子電池是特斯拉在2017年制造的，完全充電后，可以為多達(dá)3萬戶家庭供電至少一個(gè)小時(shí)。
老化和降解
不可否認(rèn)的是，鋰離子電池會(huì)隨著時(shí)間的推移而失效。陰極會(huì)降解，經(jīng)過大約1000次充電循環(huán)后，高端電池將損失約20％的電量。鋰離子電池即使不使用也會(huì)退化，而且在儲(chǔ)存一年之后，充滿電的電池也會(huì)損失20%的電量；如果他們進(jìn)入“深度放電”狀態(tài)，很可能就不會(huì)再充電了。這種降解主要是由于晶須、樹狀結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，以及鍍層表面的生長（統(tǒng)稱為樹枝狀晶體）。
不利環(huán)境影響
雖然歐洲有許多設(shè)施可以收集和處理鋰離子電池，但很少有設(shè)施可以進(jìn)行回收利用的。盡管特斯拉計(jì)劃在其超級工廠上促進(jìn)電池的回收利用，但目前只能使用第三方合作伙伴來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，這是一個(gè)低效的過程。通常，無效的鋰離子電池會(huì)被直接扔進(jìn)垃圾填埋場。
工用大電流鋰離子電池。圖片由Bigstock
不幸的是，開采鋰要比在回收過程中從電池中提取鋰便宜得多——鋰電池回收企業(yè)很少（如果有的話）收支平衡，因此需要國家補(bǔ)貼。雖然從地下開采鋰可能在經(jīng)濟(jì)上是合理的，但卻破壞環(huán)境。鋰礦開采破壞環(huán)境。礦山和制造廠有毒物質(zhì)的泄漏嚴(yán)重破壞了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)——河流污染、殺死牲畜和魚類，并使原本肥沃的農(nóng)田受到嚴(yán)重污染。
雖然金屬可以從海水或鹽水沉積物中提取，但該過程需要大量的水。智利是世界上最干旱的沙漠，由于水資源有限，立法者正在考慮限制鋰礦開采權(quán)?；厥漳芰Φ娜狈驮絹碓蕉嗟碾姵毓╇姰a(chǎn)品意味著需求只會(huì)增長，而環(huán)境負(fù)擔(dān)也會(huì)隨之增加。
提高穩(wěn)定性和性能
防止或改善鋰離子電池相關(guān)問題的一種方法是提高其可靠性，確保它們不會(huì)隨著時(shí)間的推移而降解并且可以無限期使用。
提高電池壽命和整體可靠性
韓國蔚山國家科學(xué)技術(shù)研究院的研究人員設(shè)計(jì)了一項(xiàng)新技術(shù)，該技術(shù)有望限制細(xì)胞內(nèi)鋰箔的枝晶生長。這有可能無限期地延長電池壽命，同時(shí)提高電池本身的穩(wěn)定性和性能。該技術(shù)還處于早期階段，涉及用鋰—鋰化鋰—鋰陽極上，從而形成更加均勻的表面，并限制枝晶體形成。該過程尚未在真正的電池中進(jìn)行試驗(yàn)，研究正在進(jìn)行中。另一種可能性是，工業(yè)將完全脫離鋰離子電池和其他稀土電池，從而能夠生產(chǎn)出一種材料簡單、不污染環(huán)境的電池。
