鉅大鋰電 | 點擊量:0次 | 2020年09月09日
鋰離子電池衰退的原因是什么你了解嗎?
鋰離子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,科學家們試圖觀察,當電池完成100次循環(huán)后,磁鐵礦的晶體結構和化學性質變化情況。他們結合透射電子顯微鏡(TEM)和同步X射線吸收光譜(XAS),進行研究。TEM的電子束通過樣本傳輸,出現(xiàn)特點物質的結構圖像或衍射圖案,XAS利用X射線來探測材料的化學性質。
科學家們利用這些技術發(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,這種轉化反應并不是完全可逆的,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構在帶電狀態(tài)下演化為巖鹽結構(在兩種結構中,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用途,形成氧化鋰與金屬鐵納米顆粒的復合物質。因為轉化反應不是完全可逆的,這些殘余產物會逐漸積累起來。科學家們還發(fā)現(xiàn),電解質(使鋰離子在兩個電極之間流動的化學介質)在隨后的循環(huán)中會分解。
在研究結果的基礎上,科學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家、共同首席作者SooyeonHwang說,由于氧化鋰的電子導電性較低,它的積累會對在電池正負極之間穿梭的電子形成屏障,我們把它叫做內部鈍化層。同樣,電解質分解也會形成表面鈍化層,阻礙離子傳導。這些障礙累積起來,阻礙電子和鋰離子到達發(fā)生電化學反應的活性電極材料。
科學家們指出,在低電流下運行電池,可以通過減慢充電速度,恢復部分容量為電子傳輸供應足夠的時間;然而,要徹底解決這一問題,還要其他方法。他們認為,在電極材料中添加其他元素和改變電解質,可以改善容量衰減。
梯次利用步伐加快
工業(yè)和信息化部網站日前發(fā)文稱,我國鐵塔公司于2018年停止采購鉛酸電池,并大力推廣鋰離子電池梯次利用,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域。
事實上,退役的動力蓄電池,若未經科學處理,未能進入梯次利用隊列,將威脅公共安全,并對生態(tài)環(huán)境造成嚴重污染。同時,也是對金屬資源的浪費。據我國汽車技術研究中心有限公司的相關專家介紹,廢舊動力蓄電池處置不當不僅存在觸電、燃爆和腐蝕等安全隱患,還會造成嚴重的重金屬和電解液污染。
專家預計,2020年我國退役動力蓄電池累計約為20萬噸,至2025年將達78萬噸。可以說,動力蓄電池工作仍面對較大壓力。
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用工程,計劃用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行,并最終選出了3批共25座試點城市。因此,如今的退役動力蓄電池也重要集中在深圳、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、交通運輸部、商務部、市場監(jiān)管總局、能源局公布了《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》,構建回收利用管理機制,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營。目前,已有393家汽車生產公司、44家報廢汽車回收拆解公司、37家梯次利用公司和42家再生利用公司加入平臺。
工業(yè)和信息化部還確定在京津冀、上海等17個地區(qū),以及我國鐵塔公司開展試點,積極培育標桿公司,探索技術經濟性強、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家公司共設立了3204個回收服務網點,重要集中在京津冀、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、電池生產及綜合利用等公司在備電、儲能等領域積極開展梯次利用試驗。總體來看,梯次利用市場潛力還是很大的,已成為行業(yè)發(fā)展熱點,部分公司正在梯次利用領域探索以租代售等新商業(yè)模式。
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