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談?wù)剟?dòng)力鋰離子電池回收的現(xiàn)狀和難點(diǎn)

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:820次  |  2023年04月24日  

近年來(lái),隨著新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展,動(dòng)力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)也迅速發(fā)酵擴(kuò)張,產(chǎn)量和利潤(rùn)節(jié)節(jié)攀高,同時(shí)也帶來(lái)了一些潛在的麻煩。


從2018年開(kāi)始,我國(guó)首批進(jìn)入市場(chǎng)的新能源汽車(chē)鋰動(dòng)力鋰離子電池將面對(duì)報(bào)廢回收的問(wèn)題。據(jù)預(yù)測(cè),2018年,我國(guó)動(dòng)力鋰離子電池廢舊回收市場(chǎng)將初具規(guī)模,累計(jì)廢舊動(dòng)力鋰離子電池超過(guò)12GWH、報(bào)廢量超過(guò)17萬(wàn)噸,從中回收鈷、鎳、錳、鋰、鐵和鋁等金屬所創(chuàng)造的回收市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)53億元。到2020年,我國(guó)車(chē)用鋰離子電池累計(jì)報(bào)廢量將會(huì)達(dá)到20萬(wàn)噸。隨著新能源汽車(chē)的發(fā)展和時(shí)間的推移,動(dòng)力鋰離子電池回收的壓力會(huì)越來(lái)越大。而實(shí)際上,2015年報(bào)廢動(dòng)力鋰離子電池累計(jì)為2~4萬(wàn)噸,對(duì)應(yīng)的電池回收率僅為2%,即0.04~0.08萬(wàn)噸。以現(xiàn)有的回收能力,想要擔(dān)起未來(lái)20萬(wàn)噸的重?fù)?dān),無(wú)疑是杯水車(chē)薪。


政策:緊鑼密鼓,相繼出臺(tái)


2016年,國(guó)家工信部和發(fā)改委聯(lián)合公布了《電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力蓄電池回收利用技術(shù)政策》,政策明確了責(zé)任主體,即誰(shuí)污染誰(shuí)治理。這也就意味著動(dòng)力生產(chǎn)公司和汽車(chē)制造商在動(dòng)力鋰離子電池回收的問(wèn)題上有著不可推卸的責(zé)任。


2017年一月,國(guó)務(wù)院辦公廳公布《生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度推行方法》,確定對(duì)電器電子、汽車(chē)、鉛酸蓄電池和包裝物等4類(lèi)產(chǎn)品執(zhí)行生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度,逐步建立全國(guó)統(tǒng)一的汽車(chē)全生命周期信息管理體系,加強(qiáng)報(bào)廢汽車(chē)產(chǎn)品回收利用管理。

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充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

2017年二月初,工信部、商務(wù)部、科技部聯(lián)合印發(fā)《有關(guān)加快推進(jìn)再生資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》,及開(kāi)展新能源汽車(chē)動(dòng)力鋰離子電池回收利用試點(diǎn),建立完善廢舊動(dòng)力鋰離子電池資源化利用標(biāo)準(zhǔn)體系,推進(jìn)廢舊動(dòng)力鋰離子電池梯級(jí)利用。


現(xiàn)狀:迫在眉睫,壓力重重


工信部數(shù)據(jù)顯示,2009-2016年上半年累計(jì)生產(chǎn)新能源汽車(chē)67.4萬(wàn)輛。不遠(yuǎn)的將來(lái),這批新能源汽車(chē)的車(chē)用動(dòng)力鋰離子電池將面對(duì)著回收窘態(tài)。


縱觀我國(guó)鋰離子電池回收現(xiàn)狀,市場(chǎng)上動(dòng)力鋰離子電池的回收主體重要有回收小作坊、專(zhuān)業(yè)回收公司,缺乏以動(dòng)力鋰離子電池生產(chǎn)公司或電動(dòng)汽車(chē)公司為主體的回收體系。同時(shí),國(guó)產(chǎn)動(dòng)力鋰離子電池型號(hào)眾多、電池包結(jié)構(gòu)不統(tǒng)一,組裝工藝和技術(shù)千差萬(wàn)別,拆包過(guò)程對(duì)生產(chǎn)線的整體技術(shù)要求非常高。而市場(chǎng)上的回收公司規(guī)模大小不一,工藝設(shè)備落后,也無(wú)法防止少數(shù)不具有回收資格的公司非法從事廢舊動(dòng)力鋰離子電池回收。但假如交由依法注冊(cè)納稅的正規(guī)公司,取得資質(zhì)并按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)排放,勢(shì)必會(huì)在回收價(jià)格上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力,盡管梯次利用在理論上是一種非常好的方法,但對(duì)目前的鋰離子電池來(lái)說(shuō)卻很難實(shí)行。


如今,政策的出臺(tái)以及新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,一方面對(duì)公司提出了強(qiáng)制措施,另一方面也給電池回收市場(chǎng)描繪出了未來(lái)無(wú)限好藍(lán)圖。出于多方考慮,一些公司紛紛開(kāi)始布局。這其中不乏傳統(tǒng)回收公司、冶煉公司、材料公司、電池公司和新能源汽車(chē)公司等。然而回收行業(yè)有它的行業(yè)特性,僅憑借一腔熱血、缺乏技術(shù)沉淀,很難做得長(zhǎng)遠(yuǎn)。

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標(biāo)稱(chēng)電壓:28.8V
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應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備

難處:荊棘滿路,十面楚歌


盡管多方呼吁回收,然而實(shí)際走訪中,筆者發(fā)現(xiàn)很多一線城市的廢品回收站都不收購(gòu)動(dòng)力鋰離子電池。一些收廢品的小販表示:鉛酸電池我們會(huì)弄,直接拆開(kāi),里面的鉛極板就能賣(mài)錢(qián)。鋰離子電池,我們不了解怎么處理,不收。


市場(chǎng)是敏銳的,廢品站不收動(dòng)力鋰離子電池,證明回收這種電池不賺錢(qián)。像傳統(tǒng)的塑料、紙張、金屬回收,從生產(chǎn)到回收到再利用,早就形成閉環(huán)。公司不要去找,便會(huì)自動(dòng)送上門(mén)。動(dòng)力鋰離子電池回收顯然還達(dá)不到傳統(tǒng)材料回收的閉合程度。從利潤(rùn)角度,以回收處理1噸廢舊磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰離子電池的成本為8540元為例,再生材料的收益僅為8110元,實(shí)際虧損430元。


令回收陷入如此尷尬境況的原因,重要有以下幾方面。


首先是理論方面。動(dòng)力鋰離子電池是新能源汽車(chē)的關(guān)鍵核心零部件,其回收處理的技術(shù)復(fù)雜程度比小型電池要高很多,涉及的專(zhuān)業(yè)技術(shù)學(xué)科也比較廣范,包括化學(xué)、材料工程、電化學(xué)、機(jī)械、車(chē)輛等學(xué)科,過(guò)去回收公司只要對(duì)電池行業(yè)有所了解,現(xiàn)在還要了解汽車(chē)行業(yè)??蛻舻男枨蟾淖兞耍瓉?lái)公司沉淀的基礎(chǔ)理論的東西也要提升。


二是動(dòng)力鋰離子電池本身?;厥展臼盏降碾姵匕ǜ鞣N形態(tài)、尺寸、規(guī)格、封裝形式、設(shè)計(jì)工藝和串并聯(lián)成組形式,以及多樣化服役時(shí)間、應(yīng)用車(chē)型和使用工況等諸多因素,使得拆解時(shí)涉及到多種封裝夾具,公司很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模批量化拆解,也給梯次利用帶來(lái)很大困難。同時(shí)動(dòng)力鋰離子電池拆解還會(huì)涉及到重金屬、有機(jī)電解液等,這又會(huì)涉及環(huán)保方面問(wèn)題,對(duì)動(dòng)力鋰離子電池回收再利用而言,每個(gè)環(huán)節(jié)都至關(guān)重要。電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)完全不同使得無(wú)法采用同一套拆解流水線適合所有的電池包和模組,導(dǎo)致電池拆解時(shí)極為不便。國(guó)內(nèi)大多依靠人工拆解,工人的技能水平直接影響著電池回收過(guò)程效率。同時(shí)由于電池包本身具有高能量,可能會(huì)出現(xiàn)短路、漏液等情況,進(jìn)而造成起火或爆炸,導(dǎo)致人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。


三是梯次利用方面。退役的動(dòng)力鋰離子電池,仍保持70%-80%的初始能量,假如直接拆解回收,會(huì)造成浪費(fèi)。因此,目前理想的狀況是先將退役電池進(jìn)行梯次利用,比如制成供家庭、移動(dòng)電源、后備電源、應(yīng)急電源等儲(chǔ)能設(shè)備。淘汰后再進(jìn)行資源化回收利用。但實(shí)際操作中,要求電池成組后的外形、安裝、動(dòng)力接口、信號(hào)接口以及各種協(xié)議、電壓等級(jí)等都必須統(tǒng)一起來(lái)。由于退役電池一致性差,品質(zhì)不高,缺乏安全性和穩(wěn)定性,在技術(shù)成熟前,尚不適宜梯次利用。


四是技術(shù)方面。從廢舊鋰離子電池中直接回收正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜等高附加值的中間品商業(yè)化難度很大。而且在拆解過(guò)程中,不同類(lèi)型電池制造和設(shè)計(jì)工藝的復(fù)雜性、串并聯(lián)成組形式、服役和使用時(shí)間、應(yīng)用車(chē)型和使用工況的多樣性都會(huì)影響拆解復(fù)雜程度和安全性等。原來(lái)的傳統(tǒng)濕法冶煉和手工拆解技術(shù)解決不了動(dòng)力鋰離子電池復(fù)雜的結(jié)構(gòu)所帶來(lái)的環(huán)保問(wèn)題和安全問(wèn)題,此外還有材料的定向合成問(wèn)題。


五是商業(yè)模式的構(gòu)建。動(dòng)力鋰離子電池回收體系比較復(fù)雜,涉及的汽車(chē)廠、電池廠等相關(guān)方比較多,且不同汽車(chē)廠家的動(dòng)力鋰離子電池結(jié)構(gòu)差異較大,材料體系和應(yīng)用載體也不同,其生命周期截止模式也不相同,加之鈷鎳鋰等戰(zhàn)略資源的國(guó)際化杠桿用途,使得動(dòng)力鋰離子電池回收難以如法炮制其他回收模式。想要建立一個(gè)完善的回收體系,急需汽車(chē)公司、動(dòng)力鋰離子電池公司、回收公司,以及政府部門(mén)的相互協(xié)作。


未來(lái):提升技術(shù),心存希望


動(dòng)力鋰電回收行業(yè)還要相關(guān)政策加緊出臺(tái),從國(guó)家層面制定動(dòng)力鋰離子電池回收獎(jiǎng)懲措施。盡管在環(huán)保這個(gè)基本國(guó)策的前提下,沒(méi)有哪個(gè)公司敢觸高壓線,哪怕只是應(yīng)付監(jiān)管將廢舊電池在倉(cāng)庫(kù)堆放起來(lái),也能防止在無(wú)監(jiān)管狀態(tài)下的大規(guī)模二次污染。但在現(xiàn)階段,針對(duì)政策的不同執(zhí)行情況,還需通過(guò)財(cái)稅等多樣性的獎(jiǎng)懲措施來(lái)推動(dòng)動(dòng)力鋰電回收工作的開(kāi)展。


此外,著力動(dòng)力鋰離子電池的回收再利用工作,要進(jìn)一步完善動(dòng)力鋰離子電池的標(biāo)準(zhǔn)化,并加大落實(shí)力度,還需完整記錄動(dòng)力鋰離子電池在服役期間的運(yùn)行數(shù)據(jù)。梯次利用的廠家可以根據(jù)這些數(shù)據(jù),建立電池模組的壽命模型。


電池我國(guó)網(wǎng)認(rèn)為,只有不停鉆研技術(shù),提高金屬冶煉效率及降低成本,才有可能建立新的商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式,為動(dòng)力鋰離子電池回收行業(yè)創(chuàng)造利潤(rùn)。關(guān)于動(dòng)力鋰離子電池的梯次利用衍生產(chǎn)品,客戶在知情的情況下,會(huì)對(duì)產(chǎn)品的性能、壽命、可靠性、安全性等心存疑慮,產(chǎn)品的推廣會(huì)存在一定的阻礙。在產(chǎn)品的推廣和應(yīng)用方面,要充分考慮客戶的現(xiàn)狀和訴求,多種商業(yè)運(yùn)作方式相結(jié)合,在充分幫助客戶獲利的基礎(chǔ)上,獲得自己的利益。可充分借鑒其他行業(yè)的一些成功相關(guān)經(jīng)驗(yàn),如分期付款、分時(shí)租賃、盈利后結(jié)算、托管運(yùn)營(yíng)、甚至免費(fèi)供貨等后續(xù)增值服務(wù),探索梯次利用方面的有效商業(yè)模式。


目前國(guó)內(nèi)汽車(chē)動(dòng)力鋰離子電池回收產(chǎn)業(yè)的運(yùn)營(yíng)模式總體還處于摸索階段,要產(chǎn)業(yè)上下游一起成立產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,建立健康的產(chǎn)業(yè)鏈,尋找可行的盈利點(diǎn)。未來(lái)隨著產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和法律法規(guī)的逐步健全,回收渠道和回收成本則將成為該產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的核心。鋰金屬電池,也就是使用二氧化錳為正極材料,金屬鋰或其合金金屬為負(fù)極材料的電池;鋰離子電池,使用鋰合金金屬氧化物為正極材料,石墨為負(fù)極材料電池。


鋰金屬電池其性質(zhì)不夠穩(wěn)定而且不能充電,所以不屬于二次電池。關(guān)于新能源汽車(chē)來(lái)講,我們平時(shí)說(shuō)的鋰離子電池,就是指鋰離子電池。


我們來(lái)看看鋰離子電池的工作原理,如下圖:


鋰離子電池重要由正極(含鋰化合物),負(fù)極(碳素材料),電解液,隔膜四個(gè)部分組成:


電池充電時(shí),正極上鋰原子電離成鋰離子和電子(脫嵌),鋰離子經(jīng)過(guò)電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極,得到電子,被還原成鋰原子嵌入到碳層的微孔中(插入);


電池放電時(shí),嵌在負(fù)極碳層中的鋰原子,失去電子(脫插)成為鋰離子,通過(guò)電解液,又運(yùn)動(dòng)回正極(嵌入);


鋰離子電池的充放電過(guò)程,也就是鋰離子在正負(fù)極間不斷嵌入和脫嵌的過(guò)程,同時(shí)伴隨著等當(dāng)量電子的嵌入和脫嵌。鋰離子數(shù)量越多,充放電容量就越高。


分類(lèi)


因正極材料不同,鋰離子電池重要分為:磷酸鐵鋰(LFP),鎳酸鋰(LNO),錳酸鋰(LMO),鈷酸鋰(LCO),以及鎳鈷錳酸三元鋰(NCM)、鎳鈷鋁酸三元鋰(NCA),負(fù)極材料重要采用石墨碳材料。


各類(lèi)型的化學(xué)成分,結(jié)構(gòu)以及重要性能比較如下:


基于上表,我們來(lái)理一理不同類(lèi)型鋰離子電池在市場(chǎng)的應(yīng)用情況。


先說(shuō)說(shuō)鈷酸鋰,作為鋰離子電池的鼻祖,當(dāng)然也可能是作為動(dòng)力鋰電池先試試水,最先用在特斯拉Roadster上,但由于其循環(huán)壽命和安全性都較低,事實(shí)證明其并不適用作為動(dòng)力鋰電池。為了彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn),特斯拉運(yùn)用了號(hào)稱(chēng)世界上最優(yōu)秀的電池管理系統(tǒng)來(lái)保證電池的穩(wěn)定性。鈷酸鋰目前在3C領(lǐng)域的市場(chǎng)份額很大。


第二是錳酸鋰離子電池,重要最先由電池公司AESC提出,這個(gè)AESC來(lái)頭可不小,是日產(chǎn)和日本電氣股份有限公司(NEC)的合資。錳酸鋰代表車(chē)型是為日產(chǎn)聆風(fēng),由于其價(jià)格低,能量密度中等,安全性也一般,具有所謂的較好綜合性能。所謂成也蕭何敗也蕭何,也是正因?yàn)檫@種不溫不火的特性,其逐步被新的技術(shù)所替代。


接著是磷酸鐵鋰,作為比亞迪的主打,其穩(wěn)定好,壽命長(zhǎng),且具有成本優(yōu)勢(shì),特別適用于要經(jīng)常充放電的插電式混合動(dòng)力汽車(chē),但其缺點(diǎn)是能量密度一般。


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