鋰離子電池衰退的真正原因是什么？為了找出循環(huán)不穩(wěn)定的原因，科學(xué)家們?cè)噲D觀察，當(dāng)電池完成100次循環(huán)后，磁鐵礦的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)變化情況。他們結(jié)合透射電子顯微鏡（TEM）和同步X射線吸收光譜（XAS），進(jìn)行研究。TEM的電子束通過(guò)樣本傳輸，出現(xiàn)特點(diǎn)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)圖像或衍射圖案，XAS利用X射線來(lái)探測(cè)材料的化學(xué)性質(zhì)。

科學(xué)家們利用這些技術(shù)發(fā)現(xiàn)，第一次放電時(shí)，磁鐵礦完全分解成金屬鐵納米顆粒和氧化鋰。但在接下來(lái)的充電過(guò)程中，這種轉(zhuǎn)化反應(yīng)并不是完全可逆的，金屬鐵和氧化鋰的殘留物仍然存在。此外，磁鐵礦原始的尖晶石結(jié)構(gòu)在帶電狀態(tài)下演化為巖鹽結(jié)構(gòu)（在兩種結(jié)構(gòu)中，鐵原子的位置并不完全相同)。在隨后的充放電循環(huán)中，巖鹽氧化鐵與鋰相互用途，形成氧化鋰與金屬鐵納米顆粒的復(fù)合物質(zhì)。因?yàn)檗D(zhuǎn)化反應(yīng)不是完全可逆的，這些殘余產(chǎn)物會(huì)逐漸積累起來(lái)?？茖W(xué)家們還發(fā)現(xiàn)，電解質(zhì)（使鋰離子在兩個(gè)電極之間流動(dòng)的化學(xué)介質(zhì)）在隨后的循環(huán)中會(huì)分解。

在研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，科學(xué)家們提出一種儲(chǔ)能能力衰退的解釋。CFN電子顯微鏡小組的科學(xué)家、共同首席作者SooyeonHwang說(shuō)，由于氧化鋰的電子導(dǎo)電性較低，它的積累會(huì)對(duì)在電池正負(fù)極之間穿梭的電子形成屏障，我們把它叫做內(nèi)部鈍化層。同樣，電解質(zhì)分解也會(huì)形成表面鈍化層，阻礙離子傳導(dǎo)。這些障礙累積起來(lái)，阻礙電子和鋰離子到達(dá)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的活性電極材料。

科學(xué)家們指出，在低電流下運(yùn)行電池，可以通過(guò)減慢充電速度，恢復(fù)部分容量為電子傳輸供應(yīng)足夠的時(shí)間；然而，要徹底解決這一問(wèn)題，還要其他方法。他們認(rèn)為，在電極材料中添加其他元素和改變電解質(zhì)，可以改善容量衰減。

梯次利用步伐加快

工業(yè)和信息化部網(wǎng)站日前發(fā)文稱(chēng)，我國(guó)鐵塔公司于2018年停止采購(gòu)鉛酸電池，并大力推廣鋰離子電池梯次利用，已在全國(guó)31個(gè)省區(qū)市約12萬(wàn)個(gè)基站使用梯次電池約1.5GWh，替代鉛酸電池約4.5萬(wàn)噸。

鐵塔公司所使用的梯次電池正是新能源汽車(chē)退役的動(dòng)力蓄電池。據(jù)介紹，正常情況下，新能源汽車(chē)動(dòng)力蓄電池容量衰減至80%以下時(shí)，將不能完全滿(mǎn)足汽車(chē)動(dòng)力需求，但仍然可以梯次利用于其他領(lǐng)域。

事實(shí)上，退役的動(dòng)力蓄電池，若未經(jīng)科學(xué)處理，未能進(jìn)入梯次利用隊(duì)列，將威脅公共安全，并對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。同時(shí)，也是對(duì)金屬資源的浪費(fèi)。據(jù)我國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心有限公司的相關(guān)專(zhuān)家介紹，廢舊動(dòng)力蓄電池處置不當(dāng)不僅存在觸電、燃爆和腐蝕等安全隱患，還會(huì)造成嚴(yán)重的重金屬和電解液污染。

專(zhuān)家預(yù)計(jì)，2020年我國(guó)退役動(dòng)力蓄電池累計(jì)約為20萬(wàn)噸，至2025年將達(dá)78萬(wàn)噸?？梢哉f(shuō)，動(dòng)力蓄電池工作仍面對(duì)較大壓力。

但是，我國(guó)動(dòng)力蓄電池回收的一大優(yōu)勢(shì)就是退役電池分布地區(qū)較為集中。此前，為了推動(dòng)新能源汽車(chē)發(fā)展，科技部、財(cái)政部等多個(gè)部委聯(lián)合發(fā)起了十城千輛節(jié)能與新能源汽車(chē)示范推廣應(yīng)用工程，計(jì)劃用3年左右的時(shí)間，每年發(fā)展10座城市，每座城市推出1000輛新能源汽車(chē)開(kāi)展示范運(yùn)行，并最終選出了3批共25座試點(diǎn)城市。因此，如今的退役動(dòng)力蓄電池也重要集中在深圳、合肥、北京等新能源汽車(chē)推廣力度較大的城市。

回收體系加快完善

2018年，工業(yè)和信息化部聯(lián)合科技部、生態(tài)環(huán)境部、交通運(yùn)輸部、商務(wù)部、市場(chǎng)監(jiān)管總局、能源局公布了《新能源汽車(chē)動(dòng)力蓄電池回收利用管理暫行辦法》，構(gòu)建回收利用管理機(jī)制，推動(dòng)建立回收利用體系。

為了明確溯源信息采集要求，新能源汽車(chē)國(guó)家監(jiān)測(cè)與動(dòng)力蓄電池回收利用溯源綜合管理平臺(tái)也上線運(yùn)營(yíng)。目前，已有393家汽車(chē)生產(chǎn)公司、44家報(bào)廢汽車(chē)回收拆解公司、37家梯次利用公司和42家再生利用公司加入平臺(tái)。

工業(yè)和信息化部還確定在京津冀、上海等17個(gè)地區(qū)，以及我國(guó)鐵塔公司開(kāi)展試點(diǎn)，積極培育標(biāo)桿公司，探索技術(shù)經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)、資源環(huán)境友好的多元化回收利用模式。北汽新能源、廣汽三菱等45家公司共設(shè)立了3204個(gè)回收服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)，重要集中在京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角及中部新能源汽車(chē)保有量較高的地區(qū)。

同時(shí)，汽車(chē)制造、電池生產(chǎn)及綜合利用等公司在備電、儲(chǔ)能等領(lǐng)域積極開(kāi)展梯次利用試驗(yàn)?？傮w來(lái)看，梯次利用市場(chǎng)潛力還是很大的，已成為行業(yè)發(fā)展熱點(diǎn)，部分公司正在梯次利用領(lǐng)域探索以租代售等新商業(yè)模式。