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锂电池发展亟待“全生命周期管理”

发布时间:2018-06-11来源:中国科学报点击量:452
电动汽车、智能手机、智能手环、扫地机器人……电子产品已经逐渐成为人们的必需品。随之而来的,是动力与储能电池越来越广泛地应用于生产和生活的各个领域。在这个过程中,大容量电池的安全性、废旧电池的回收处理和梯次利用等成为社会关注的焦点问题。

  近日,由上海空间电源研究所牵头、以“动力与储能电池系统全生命周期管理”为主题的第627次香山科学会议学术讨论会在上海召开。与会专家指出,我国应建立对动力与储能电池系统的全生命周期管理,加强资源综合利用,共同促进社会可持续发展。

  锂电池困局待解

  据中国化学与物理电源行业协会统计,中国已成为全球锂电池发展最活跃的地区。2016年,中国锂电池市场规模约为1115亿元,动力锂电池需求605亿元,同比增长65.8%。2020年,动力电池需求量将达到2015年的5倍。

  “虽然我国电池产量世界第一,但是单位产能利润低于日本。”上海市科委副主任秦文波在会议中指出,我国电池行业之所以出现高产量、低收益现象,原因在于缺乏自主知识产权。我国在锂电池的核心原材料及部件水平、制作工艺上,都与发达国家存在一定差距。

  新能源汽车的续航能力是锂电池水平的突出反映。数据表明,2017年我国新能源汽车保有量为153万辆,预计2020年将突破500万辆大关。“但大多数电动汽车电池的续航能力,可能无法支撑车辆从上海跑到合肥。”一名与会专家说。

  使用后的锂电池则留下了诸多隐患。此次会议执行主席、厦门大学教授、中国科学院院士孙世刚表示,废旧的锂电池存在爆炸等安全隐患,且对环境污染严重。

  全生命周期管理

  在专家们看来,“全生命周期管理”有望成为解决锂电池诸多问题的有效手段。清华大学汽车工程系教授张剑波介绍说,全生命周期管理可分为设计生产、一次使用和梯次利用与回收三个阶段。

  2016年,三星Galaxy Note7手机发布仅一个多月,就在全球范围内发生30多起因电池缺陷造成的爆炸和起火事故。“为避免这类事故发生,需要从电池设计上进行改进。”张剑波告诉《中国科学报》记者。在设计方法上,通过模型事先设定各种设计参数空间并进行实验验证后再投入生产的方式,能够围绕生产线的稳定和产品安全,进行试验线、中试线与量产线的三线整合并快速过渡。

  会议执行主席、上海空间电源研究所研究员解晶莹则认为,对锂离子电池状态进行准确的评估和预测,是电源系统高效利用的关键。“基于状态评估与预测的电池全生命周期管理,其核心还是对电池状态的在线诊断与预测。一方面,针对服役时间较长的电池系统,须对其不同生命阶段的性能进行评估与预测;另一方面,也需要对电池系统全生命周期下的安全性能演变进行评估。”她说。

  而梯次利用废旧电池有望促进循环经济。例如,对于使用过的低容量锂电池,可应用于低速车与储能,待容量耗尽后可进行破碎分解,提取出有效物质。

  目前,研究人员已在锂电池的回收工艺上取得一定进展。中南大学资源加工与生物工程学院教授孙伟在会议报告中介绍说,其带领的团队已经开发出以废旧负极石墨作还原剂的回收新工艺。“这一过程更加高效低廉,能充分利用其蕴含的热量和还原性,同时富集回收的锂资源,具有环保和经济效益。”他说。

  有效监管亟待出台

  在专家们看来,当前电池生产、使用、回收等各环节监管还处于无序的状态。

  “前期电池的设计生产阶段,相关机构还没有设立标准并进行有效监管。”张剑波表示,锂电池的设计是实现绿色环保化材料分解回收的前提基础。

  此次会议执行主席、中科院物理研究所研究员、中国科学院院士陈立泉认为,回收责任主体亟待规范。“究竟应当由谁来回收电池,是生产者还是使用者?这个问题应当得到重视。”

  与会专家指出,国家应明确相关法律制度,对生产品消费后的回收处理和再生利用阶段的责任归属予以规范。同时,行政管理部门应加强市场调控、优化组织管理,进一步完善对全生命周期系统的监管机制。

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