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独家真正可回收的新型储能锂电池或将问世

文章来源:电池中国

中国汽车技术研究中心预测,到2020年,我国汽车动力电池累计报废量将达到12-17万吨的规模,电池回收问题引起人们越来越多的关注。为加强新能源汽车动力蓄电池回收利用管理,规范行业发展,推进资源综合利用,12月1日,国家工信部网站公布《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》(征求意见稿),向社会公开征求意见,这意味着动力电池的回收工作将有法规可依。

然而,动力电池的回收还面临诸多问题,有没有一种方法,让电池的成本降下来,让回收更方便、污染更少?答案是有。在近日举办的“2016中国储能技术与应用大会”上,中科院电工研究所研究员陈永翀发表了“基于可回收理念的新型储能锂电池研究”主题演讲,分享了其团队关于新型储能电池的研究成果。这种新型结构的储能锂电池,不但让锂电池真正做到可回收,还降低了电池的制造成本和使用成本,具有传统锂电池所不具备的很多优点,从技术创新的角度来说,电池的回收或将迎来曙光。

锂电池回收难在哪儿

无论是圆柱锂电池还是方型锂电池,从内部结构来看,所有的锂电池都是粘接电极,而粘接电极给动力锂电池的回收带来很大困扰。Co元素和Li元素回收要拆解,由于杂质太多,只能把粘接的电极全部打碎,里面碎的铝箔、铜等材料重新用冶金方式回收。陈永翀表示,这样回收不但成本高,污染也大,回收过程中产生的酸、碱的处理也是个问题。

其次,这样的粘接结构还导致锂电池的动态循环寿命缩短。如果将锂电池用作静态储能,电池的循环寿命会很长,但是在运动状态中使用的话,使用环境会使电池寿命受到影响。此外,随着不同季节温度的变化,电池内部也会出现膨胀、收缩等现象,久之活性颗粒接触内阻升高,电池极片松动脱落,电池循环寿命会急剧下降。

“所以动力电池的寿命和狭义的静态储能电池的寿命(不一样),在实验室静态下测试很好,但在动态实际情况下使用寿命不见得会很好,这个要区别开来”,陈永翀说。

此外,动力电池和储能电池需要串联、并联,要求电池具有较好的一致性。电池涂布厚度很薄,比如100微米,设备厂商要求精度要控制在±0.5微米,而一套普通的挤压式涂布机约300万一套,设备投资合0.3-0.5Wh/元,这就导致了大型锂电池高昂的制造成本。

新型储能锂电池有望解决电池回收难题

针对传统锂电池回收的这些问题,陈永翀带领的科研团队正在研发一种新型储能锂电池,他们从锂电池的内部结构入手,把锂电池内部粘接改为加热状态,上面几个问题则迎刃而解:

这种新型储能锂电池的浆料回收、再生容易,纯度也很高,将缺少的元素补上之后,还可再用;浆料耐冲击,不存在松动脱落问题,电池动态寿命更长;浆料电极片是传统电极片厚度的5-10倍,绝对精度容易控制,电池的制造成本降低。

该新型储能锂电池的库存效率很高,跟现有锂电池一样可高达99%以上,它的能量效率比目前现有锂电池稍低,但大于90%,此外,该电池的循环性也非常好。陈永翀表示,低速电动车和小型储能领域是该新型电池未来的一个应用市场。“我们不要求一个产品十全十美,可以应用在任何场合,这做不到,找到它的应用场合去做就行,百花齐放”,陈永翀说。

尽管铅酸电池能量密度低,寿命短,还是有大量的商业电动车和储能基站采用,这主要是因为锂电池成本太高。降低电池成本的途径无外乎三个方面:降低材料成本、降低制造成本和降低使用成本。通常情况下,人们通过提升能量密度从而在某种程度上降低材料成本(随着能量密度的增加,安全性能则会降低),通过扩大规模来降低制造成本,通过提高静态寿命来降低使用成本。

陈永翀团队把电池内部粘接改为加热状态,让锂电池真正做到了可回收和可再生,且回收残值大于20%。他们不单单依靠规模化制造来降低成本,工艺结构也降低了回收成本;浆料具有耐冲击的特性,从而也提高了电池的动态寿命。这种新型储能锂电池的研究,是一种新思路,为电池回收难题带来了解决的曙光。

据悉,该新型储能电池研发项目开始于2010年,小试成功,从2016年4月1日开始中试,目前已经授权19项发明专利,并在进一步研发当中。