在國家政策的引導(dǎo)和推動下,我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛。工信部數(shù)據(jù)顯示,2009年至2016 年上半年累計生產(chǎn)新能源汽車67.4萬輛。中國汽車技術(shù)研究中心預(yù)測,到 2020 年前后,我國純電動(含插電式)乘用車和混合動力乘用車的動力電池累計報廢量將達(dá)到12萬~17萬噸。車用動力電池報廢漸成規(guī)模,如何進(jìn)行處置將是影響新能源汽車發(fā)展的重大課題。
阻礙回收再利用下一步發(fā)展,談到電池回收利用面臨的問題時,首先,退役電池復(fù)雜性高,拆解不便。比如,電池有方型、圓柱形不同類型,其疊片、繞組形式也不同。這些復(fù)雜性導(dǎo)致電池回收再利用或者拆解時非常不便。如果進(jìn)行自動化拆解,對生產(chǎn)線的柔性配置要求比較高,從而導(dǎo)致處置成本過高。因此,在目前自動化水平不高的情況下,多數(shù)工序是人工完成的。
我國車用動力電池絕大多數(shù)為鋰離子電池,其中雖然不含汞、鎘、鉛等毒害性較大的重金屬元素,但如果處理不當(dāng)仍會對環(huán)境造成很大污染。比如廢舊鋰離子電池的電極材料進(jìn)入環(huán)境中,可與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),造成重金屬污染、堿污染和粉塵污染;電解質(zhì)進(jìn)入環(huán)境中,經(jīng)過化學(xué)反應(yīng),可能造成氟污染和砷污染。有研究顯示,回收鋰離子電池可節(jié)約51.3%的自然資源,包括減少45.3%的礦石消耗和57.2%的化石能源消耗。鋰離子電池材料中,包含很多有價值的材料。以一種三元材料電池為例,其中含鎳12%、鈷 5%、錳 7%、鋰 1.2%,如果通過回收工藝,將有價值材料再利用,會達(dá)到節(jié)約資源的目的。
總之,從僅有的三十余年的歷史上來看,鋰電池化學(xué)還是一個年輕的學(xué)科,還有很大的發(fā)展?jié)摿?。它是一門復(fù)雜的科學(xué),還需要靠無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、固體與表面化學(xué)等多方面的配合來取得更大的發(fā)展。鋰電池在我們未來的生活中必將起到越來越舉足輕重的作用。
鋰電池作為一種新興技術(shù),與傳統(tǒng)電池相比有著諸多優(yōu)勢(詳見附表一):
1. 比能量高:描述電池性能的指標(biāo)各種各樣,其中用戶關(guān)心的是它的比能量的高低,即在放出盡可能多的能量的同時有著盡可能少的自身消耗。如前所述,鋰元素有著小的密度和大的電負(fù)性,如圖 1,消耗相同質(zhì)量的電池材料,鋰電池放出的能量明顯高于同類傳統(tǒng)電池的值。
2. 放電電壓穩(wěn)定:許多電子線路要求電池提供相對穩(wěn)定的放電電壓,在圖 2 中可以看到,鋰電池(特別是一次鋰電池)就具備這種特性。例如 Li/SO2 電池的放電曲線就十分平坦,特別是 Li/SOCl2電池,它在電量用盡前的電壓可接近穩(wěn)壓電源的水平。
3. 沒有記憶效應(yīng),可隨時補(bǔ)充充電。這樣就使鋰離子電池效能得到充分發(fā)揮,而鎘鎳電池、鎳氫電池會有電量使用不完全時需要先放電后才能充電的缺點。
4. 鋰離子電池不含汞、鎘、鉛等有毒元素,是綠色環(huán)保電池。