鋰電池發(fā)展亟待“全生命周期管理”

電動汽車、智能手機、智能手環(huán)、掃地機器人……電子產(chǎn)品已經(jīng)逐漸成為人們的必需品。隨之而來的，是動力與儲能電池越來越廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域。在這個過程中，大容量電池的安全性、廢舊電池的回收處理和梯次利用等成為社會關(guān)注的焦點問題。

近日，由上海空間電源研究所牽頭、以“動力與儲能電池系統(tǒng)全生命周期管理”為主題的第627次香山科學(xué)會議學(xué)術(shù)討論會在上海召開。與會專家指出，我國應(yīng)建立對動力與儲能電池系統(tǒng)的全生命周期管理，加強資源綜合利用，共同促進(jìn)社會可持續(xù)發(fā)展。

鋰電池困局待解

據(jù)中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，中國已成為全球鋰電池發(fā)展最活躍的地區(qū)。2016年，中國鋰電池市場規(guī)模約為1115億元，動力鋰電池需求605億元，同比增長65.8%。2020年，動力電池需求量將達(dá)到2015年的5倍。

“雖然我國電池產(chǎn)量世界第一，但是單位產(chǎn)能利潤低于日本。”上海市科委副主任秦文波在會議中指出，我國電池行業(yè)之所以出現(xiàn)高產(chǎn)量、低收益現(xiàn)象，原因在于缺乏自主知識產(chǎn)權(quán)。我國在鋰電池的核心原材料及部件水平、制作工藝上，都與發(fā)達(dá)國家存在一定差距。

新能源汽車的續(xù)航能力是鋰電池水平的突出反映。數(shù)據(jù)表明，2017年我國新能源汽車保有量為153萬輛，預(yù)計2020年將突破500萬輛大關(guān)。“但大多數(shù)電動汽車電池的續(xù)航能力，可能無法支撐車輛從上海跑到合肥。”一名與會專家說。

使用后的鋰電池則留下了諸多隱患。此次會議執(zhí)行主席、廈門大學(xué)教授、中國科學(xué)院院士孫世剛表示，廢舊的鋰電池存在爆炸等安全隱患，且對環(huán)境污染嚴(yán)重。

全生命周期管理

在專家們看來，“全生命周期管理”有望成為解決鋰電池諸多問題的有效手段。清華大學(xué)汽車工程系教授張劍波介紹說，全生命周期管理可分為設(shè)計生產(chǎn)、一次使用和梯次利用與回收三個階段。

2016年，三星Galaxy Note7手機發(fā)布僅一個多月，就在全球范圍內(nèi)發(fā)生30多起因電池缺陷造成的爆炸和起火事故。“為避免這類事故發(fā)生，需要從電池設(shè)計上進(jìn)行改進(jìn)。”張劍波告訴《中國科學(xué)報》記者。在設(shè)計方法上，通過模型事先設(shè)定各種設(shè)計參數(shù)空間并進(jìn)行實驗驗證后再投入生產(chǎn)的方式，能夠圍繞生產(chǎn)線的穩(wěn)定和產(chǎn)品安全，進(jìn)行試驗線、中試線與量產(chǎn)線的三線整合并快速過渡。

會議執(zhí)行主席、上海空間電源研究所研究員解晶瑩則認(rèn)為，對鋰離子電池狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的評估和預(yù)測，是電源系統(tǒng)高效利用的關(guān)鍵。“基于狀態(tài)評估與預(yù)測的電池全生命周期管理，其核心還是對電池狀態(tài)的在線診斷與預(yù)測。一方面，針對服役時間較長的電池系統(tǒng)，須對其不同生命階段的性能進(jìn)行評估與預(yù)測；另一方面，也需要對電池系統(tǒng)全生命周期下的安全性能演變進(jìn)行評估。”她說。

而梯次利用廢舊電池有望促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)。例如，對于使用過的低容量鋰電池，可應(yīng)用于低速車與儲能，待容量耗盡后可進(jìn)行破碎分解，提取出有效物質(zhì)。

目前，研究人員已在鋰電池的回收工藝上取得一定進(jìn)展。中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院教授孫偉在會議報告中介紹說，其帶領(lǐng)的團(tuán)隊已經(jīng)開發(fā)出以廢舊負(fù)極石墨作還原劑的回收新工藝。“這一過程更加高效低廉，能充分利用其蘊含的熱量和還原性，同時富集回收的鋰資源，具有環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益。”他說。

有效監(jiān)管亟待出臺

在專家們看來，當(dāng)前電池生產(chǎn)、使用、回收等各環(huán)節(jié)監(jiān)管還處于無序的狀態(tài)。

“前期電池的設(shè)計生產(chǎn)階段，相關(guān)機構(gòu)還沒有設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)并進(jìn)行有效監(jiān)管。”張劍波表示，鋰電池的設(shè)計是實現(xiàn)綠色環(huán)保化材料分解回收的前提基礎(chǔ)。

此次會議執(zhí)行主席、中科院物理研究所研究員、中國科學(xué)院院士陳立泉認(rèn)為，回收責(zé)任主體亟待規(guī)范。“究竟應(yīng)當(dāng)由誰來回收電池，是生產(chǎn)者還是使用者？這個問題應(yīng)當(dāng)?shù)玫街匾暋！?

與會專家指出，國家應(yīng)明確相關(guān)法律制度，對生產(chǎn)品消費后的回收處理和再生利用階段的責(zé)任歸屬予以規(guī)范。同時，行政管理部門應(yīng)加強市場調(diào)控、優(yōu)化組織管理，進(jìn)一步完善對全生命周期系統(tǒng)的監(jiān)管機制。