動力及儲能電池的材料創(chuàng)新

新能源汽車市場持續(xù)增長帶動動力電池出貨量提升，電池企業(yè)、主機廠和材料企業(yè)都在通過材料體系優(yōu)化和制造工藝升級等方式進一步提升電池性能和降低成本。

電池成本持續(xù)下降也為鋰電池儲能大規(guī)模應(yīng)用提供了有利條件，不同應(yīng)用場景的需求也對儲能電池提出了不同的要求。

而隨著鋰電池保有量的持續(xù)提升，退役動力電池回收利用也獲得了業(yè)內(nèi)的極大關(guān)注，不過如何合理的回收退役電池、如何安全拆解、如何進行梯次利用等也是業(yè)內(nèi)在進行退役電池回收利用方面必須思考的問題。

8月27日，2020先進電池材料集群產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇在深圳機場凱悅酒店繼續(xù)舉辦，此次論壇由深圳先進電池材料產(chǎn)業(yè)集群主辦，深圳市清新電源研究院、高工鋰電、高工氫電聯(lián)合承辦。

現(xiàn)場來自鋰電產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)高層、行業(yè)專家、高校學(xué)者圍繞“長續(xù)航、低成本和快速充電鋰離子動力電池正負(fù)極材料技術(shù)”、“退役動力電池在電力儲能的應(yīng)用探索”、“退役動力電池綜合利用技術(shù)路線及經(jīng)濟效益創(chuàng)新模式”等多個行業(yè)內(nèi)熱點展開深入探討，尋路產(chǎn)業(yè)未來。

動力及儲能電池材料創(chuàng)新

清華大學(xué)深圳國際研究生院副院長康飛宇在“碳材料在儲能電池中的應(yīng)用”的演講中，介紹了各種碳材料的制備以及其在電池儲能中的應(yīng)用情況。

碳材料既可以作為儲能活性材料，又可以構(gòu)建能量輸運網(wǎng)絡(luò)，在鋰離子電池、超級電容器、燃料電池等能量存儲與轉(zhuǎn)化器件中起著至關(guān)重要的作用。

康飛宇教授在演講中分別介紹了天然石墨和硅碳負(fù)極的制備及其在鋰離子電池中的應(yīng)用；層次孔碳材料的設(shè)計、制備及其在鋰離子電容器中的應(yīng)用以及三維石墨烯的制備及其在鋰硫電池中的應(yīng)用的情況。

康飛宇指出，針對硅碳負(fù)極，基于優(yōu)質(zhì)低硫可膨脹石墨（納米石墨片），可制備高容量納米石墨片/碳硅復(fù)合負(fù)極材料。納米石墨片/碳硅負(fù)極比容量達到1056 mAh/g (約為石墨的3倍)，循環(huán)穩(wěn)定性好。

中國科學(xué)院物理研究所教授黃學(xué)杰在“長續(xù)航、低成本和快速充電鋰離子動力電池正負(fù)極材料技術(shù)”的主題演講中表示，動力電池一直在追求高能量密度，從而導(dǎo)致了一系列的安全問題，所以需要更加關(guān)注電池安全，要從材料體系入手。

在長續(xù)航低成本的正極材料上，黃學(xué)杰重點介紹了高電壓鎳錳酸鋰材料，該材料具備高電壓、低成本、高安全的優(yōu)勢，目前已經(jīng)在松山湖建立中試線。

在負(fù)極材料上，黃學(xué)杰重點介紹了錫基負(fù)極材料，該材料基于碳納米管結(jié)合，具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，倍率性高，循環(huán)性能好的特點，還能進一步和硅材料結(jié)合提升比能量。目前也已經(jīng)處于逐步走向產(chǎn)業(yè)化階段。

深圳供電局有限公司規(guī)劃建設(shè)研究中心技術(shù)專家焦豐順博士深圳供電局有限公司規(guī)劃建設(shè)研究中心技術(shù)專家焦豐順博士在“深圳虛擬電廠實踐”的主題演講中表示，虛擬電廠（VPP）的核心研究方向為系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、資源優(yōu)化調(diào)控策略和電力市場交易模式。

焦豐順指出，深圳是電力市場改革的首批試點，盈利模式的改變促使電網(wǎng)企業(yè)做業(yè)務(wù)拓展。電力負(fù)荷快速增長與電力設(shè)施可用土地資源受限之間的矛盾日益凸顯，從可持續(xù)發(fā)展的角度考慮，電力供需互動技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用勢在必行。

以新能源汽車為代表具有可調(diào)度潛力新增大容量負(fù)荷的快速發(fā)展，給電網(wǎng)安穩(wěn)運行帶來挑戰(zhàn)的同時，也為虛擬電廠這類綜合能源技術(shù)的發(fā)展提供了土壤。

深圳電網(wǎng)智慧能源技術(shù)有限公司智能電網(wǎng)事業(yè)部總工程師王琦

深圳電網(wǎng)智慧能源技術(shù)有限公司智能電網(wǎng)事業(yè)部總工程師王琦在題為“退役動力電池在電力儲能的應(yīng)用探索”的主題演講中表示，目前國內(nèi)梯次利用項目正處于示范探索階段，尚未實現(xiàn)規(guī)?；こ虘?yīng)用。

以深圳供電局建設(shè)的一個退役動力電池整包梯次利用集中式儲能示范工程為例，王琦指出，該項目所使用的退役電池早期模組設(shè)計和系統(tǒng)成組方案均未考慮回收利用，拆解的難度大，損耗大，如:拆卸損傷螺紋，銅極柱厚度薄無法再次打磨，錫焊無法拆解，線束易扯斷，塑件破環(huán)無法替換。甚至現(xiàn)在最新的電池箱內(nèi)部都沒有模組，大量使用膠水和焊接，拆解難度更大。經(jīng)最終評估，整箱利用最為經(jīng)濟，同時也最具研究價值。

王琦指出，退役電池梯次利用的應(yīng)用場景還需進一步探索，目前來看，退役動力電池的循環(huán)壽命，與新電池相比優(yōu)勢不明顯。參考行業(yè)內(nèi)應(yīng)用案例，作為備電，利用日歷壽命，似乎是一條可行之路。

與此同時，新電池在電池模組、包設(shè)計時要考慮到梯次利用的需求，組裝設(shè)計更靈活，便于后續(xù)拆解;上車運行數(shù)據(jù)記錄更全面，便于后續(xù)篩選。

退役電池回收篩選與檢測難點

中南大學(xué)副教授楊越在題為“廢舊鋰離子電池中有價組分高效分離與循環(huán)利用”的主題演講中，介紹了濕法回收技術(shù)、火濕聯(lián)合回收技術(shù)、短流程材料再生、石墨回收的情況。

其中，火濕聯(lián)合回收技術(shù)是以廢舊負(fù)極石墨做還原劑，充分利用其蘊含的熱量和還原性；同時富集回收富集的鋰資源；濕法火法聯(lián)合工藝可充分汲取兩者優(yōu)點，降低回收成本。

深圳市普瑞賽思首席技術(shù)專家朱靜博士在題為“梯次利用動力電池可靠性和安全評估”的主題演講中表示，梯次利用拆解到電芯、模組、系統(tǒng)層級，對應(yīng)的應(yīng)用場景有移動充電儲能、電動三輪車、基站儲能和充電站儲能領(lǐng)域等。

朱靜指出，當(dāng)前梯次利用電池面臨諸多問題，包括退役動力電池安全測試標(biāo)準(zhǔn)缺失；動力電池全生命周期過程中缺陷放大、微濫用累計等造成的安全隱患復(fù)雜多樣；電池衰減對電池安全性影響，內(nèi)部變化狀態(tài)惡劣；缺乏對于梯次利用電池安全的可追溯性和預(yù)測等。

在電池失效模式方面，朱靜表示，機——電——熱 失效相互演變，電池失效往往是多場耦合下的復(fù)合失效，而非單一因素；缺乏安全失效的外部識別參數(shù)，導(dǎo)致電池安全缺乏定量表征、失效診斷及預(yù)警困難。

朱靜最后總結(jié)到，動力電池全生命周期中電池的耐過充能力、熱穩(wěn)定性、抗外短路能力隨著電池的老化明顯衰減；梯次利用動力電池可靠性驗證要關(guān)注：電池及電池系統(tǒng)的絕緣、密封、接觸完好性。

動力電池單體電芯的熱失控及電池組熱失控擴展的定量表征和致災(zāi)危害性的測量是動力電池梯次利用安全管理、災(zāi)害控制的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

在題為“工業(yè)氣體在鋰電池全產(chǎn)業(yè)鏈的應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新”的主題演講中，介紹了林德氣體在鋰電池回收過程中的應(yīng)用情況。

朱珩博士介紹到，林德氣體提供各種高純氣體以及氣體應(yīng)用技術(shù)，可以應(yīng)用于整個鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈。

在電池回收方面，國內(nèi)外廢舊動力電池金屬再生的主要技術(shù)有火法冶金技術(shù)、濕法冶金技術(shù)和直接再生技術(shù)三大類，其面臨的挑戰(zhàn)是如何防止廢棄物造成環(huán)境風(fēng)險，提高金屬元素回收率和控制處理成本。

典型的火法工藝是采用高溫還原熔煉的方法將廢鋰離子電池中的鎳和鈷以合金的形式回收，但是容易造成鋰和鋁等金屬的損失。

而林德氣體提供的火法冶金中的富氧燃燒技術(shù)可以有效解決上述問題。

華友循環(huán)戰(zhàn)略部部長陳雄輝在題為“退役動力電池綜合利用技術(shù)路線及經(jīng)濟效益創(chuàng)新模式”的主題演講中介紹了華友鈷業(yè)在鋰電池回收利用方面的探索和理解。

陳雄輝表示，華友循環(huán)重視技術(shù)自主性，具備六大核心競爭力：提供規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)制定、綠色智能、領(lǐng)先的核心技術(shù)、完善的回收體系、開發(fā)精準(zhǔn)的溯源系統(tǒng)和完成高等級安全防護體系。

當(dāng)前，華友通過自建及與合作伙伴共建的方式在全國各大局域已建立完善的收集型和集中貯存型回收服務(wù)網(wǎng)點，通過兩級網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，全方位覆蓋華北、華中、華東、華南、西北和西南等區(qū)域，能快速響應(yīng)主機廠對廢舊動力蓄電池及時轉(zhuǎn)運的需求。

深圳市恒創(chuàng)睿能環(huán)保科技有限公司首席科學(xué)家張濤在題為“失效鋰離子電池機械物理法處理技術(shù)與實踐”的主題演講中，圍繞強化選擇性破碎技術(shù)、有機物熱解脫除協(xié)同強化解離技術(shù)、電極材料表面改性強化浮選技術(shù)、表面改性高速離心分選技術(shù)等展開。

張濤指出，恒創(chuàng)睿能研發(fā)的退役動力鋰離子電池?zé)峤鈴娀姌O材料解離技術(shù)及裝備單元，實現(xiàn)有機物脫除率達到98%，同時正負(fù)極電極材料解離度可分別提高到98.23%和98.89%。

當(dāng)前，恒創(chuàng)睿能制造的退役動力鋰離子物理法破碎回收成套裝備在2018年已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化。2019年共處理了退役動力鋰離子電池9000噸，回收塑料隔膜180噸、銅箔900噸，鋁箔630噸，電極材料6400噸。

蒙特：全球一半的鋰電池生產(chǎn)使用蒙特除濕系統(tǒng)（點擊了解更多）聲明：本文章屬高工鋰電原創(chuàng)（微信號：weixin-gg-lb），轉(zhuǎn)載請注明出處。商業(yè)轉(zhuǎn)載請聯(lián)系（微信號：zhaochong1213）獲得授權(quán)。