鋰電池發展亟待“全生命周期管理”

電動汽車、智能手機、智能手環、掃地機器人……電子產品已經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用于生產和生活的各個領域。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全生命周期管理”為主題的第627次香山科學會議學術討論會在上海召開。與會專家指出，我國應建立對動力與儲能電池系統的全生命周期管理，加強資源綜合利用，共同促進社會可持續發展。

鋰電池困局待解

據中國化學與物理電源行業協會統計，中國已成為全球鋰電池發展最活躍的地區。2016年，中國鋰電池市場規模約為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到2015年的5倍。

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

新能源汽車的續航能力是鋰電池水平的突出反映。數據表明，2017年我國新能源汽車保有量為153萬輛，預計2020年將突破500萬輛大關。“但大多數電動汽車電池的續航能力，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。此次會議執行主席、廈門大學教授、中國科學院院士孫世剛表示，廢舊的鋰電池存在爆炸等安全隱患，且對環境污染嚴重。

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。清華大學汽車工程系教授張劍波介紹說，全生命周期管理可分為設計生產、一次使用和梯次利用與回收三個階段。

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

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

而梯次利用廢舊電池有望促進循環經濟。例如，對于使用過的低容量鋰電池，可應用于低速車與儲能，待容量耗盡后可進行破碎分解，提取出有效物質。

目前，研究人員已在鋰電池的回收工藝上取得一定進展。中南大學資源加工與生物工程學院教授孫偉在會議報告中介紹說，其帶領的團隊已經開發出以廢舊負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，具有環保和經濟效益。”他說。

有效監管亟待出臺

在專家們看來，當前電池生產、使用、回收等各環節監管還處于無序的狀態。

“前期電池的設計生產階段，相關機構還沒有設立標準并進行有效監管。”張劍波表示，鋰電池的設計是實現綠色環保化材料分解回收的前提基礎。

此次會議執行主席、中科院物理研究所研究員、中國科學院院士陳立泉認為，回收責任主體亟待規范。“究竟應當由誰來回收電池，是生產者還是使用者？這個問題應當得到重視。”

與會專家指出，國家應明確相關法律制度，對生產品消費后的回收處理和再生利用階段的責任歸屬予以規范。同時，行政管理部門應加強市場調控、優化組織管理，進一步完善對全生命周期系統的監管機制。