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，科學家們試圖觀察，當電池完成100次循環(huán)后，磁鐵礦的晶體結構和化學性質變化情況。他們結合透射電子顯微鏡（TEM）和同步X射線吸收光譜（XAS），進行研究。TEM的電子束通過樣本傳輸，出現(xiàn)特點物質的結構圖像或衍射圖案，XAS利用X射線來探測材料的化學性質。

科學家們利用這些技術發(fā)現(xiàn)，第一次放電時，磁鐵礦完全分解成金屬鐵納米顆粒和氧化鋰。但在接下來的充電過程中，這種轉化反應并不是完全可逆的，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構在帶電狀態(tài)下演化為巖鹽結構（在兩種結構中，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合物質。因為轉化反應不是完全可逆的，這些殘余產物會逐漸積累起來。科學家們還發(fā)現(xiàn)，電解質（使鋰離子在兩個電極之間流動的化學介質）在隨后的循環(huán)中會分解。

在研究結果的基礎上，科學家們提出一種儲能能力衰退的解釋。CFN電子顯微鏡小組的科學家、共同首席作者SooyeonHwang說，由于氧化鋰的電子導電性較低，它的積累會對在電池正負極之間穿梭的電子形成屏障，我們把它叫做內部鈍化層。同樣，電解質分解也會形成表面鈍化層，阻礙離子傳導。這些障礙累積起來，阻礙電子和鋰離子到達發(fā)生電化學反應的活性電極材料。

科學家們指出，在低電流下運行電池，可以通過減慢充電速度，恢復部分容量為電子傳輸供應足夠的時間；然而，要徹底解決這一問題，還要其他方法。他們認為，在電極材料中添加其他元素和改變電解質，可以改善容量衰減。

梯次利用步伐加快

工業(yè)和信息化部網站日前發(fā)文稱，我國鐵塔公司于2018年停止采購鉛酸電池，并大力推廣鋰離子電池梯次利用，已在全國31個省區(qū)市約12萬個基站使用梯次電池約1.5GWh，替代鉛酸電池約4.5萬噸。

鐵塔公司所使用的梯次電池正是新能源汽車退役的動力蓄電池。據介紹，正常情況下，新能源汽車動力蓄電池容量衰減至80%以下時，將不能完全滿足汽車動力需求，但仍然可以梯次利用于其他領域。

事實上，退役的動力蓄電池，若未經科學處理，未能進入梯次利用隊列，將威脅公共安全，并對生態(tài)環(huán)境造成嚴重污染。同時，也是對金屬資源的浪費。據我國汽車技術研究中心有限公司的相關專家介紹，廢舊動力蓄電池處置不當不僅存在觸電、燃爆和腐蝕等安全隱患，還會造成嚴重的重金屬和電解液污染。

專家預計，2020年我國退役動力蓄電池累計約為20萬噸，至2025年將達78萬噸。可以說，動力蓄電池工作仍面對較大壓力。

但是，我國動力蓄電池回收的一大優(yōu)勢就是退役電池分布地區(qū)較為集中。此前，為了推動新能源汽車發(fā)展，科技部、財政部等多個部委聯(lián)合發(fā)起了十城千輛節(jié)能與新能源汽車示范推廣應用工程，計劃用3年左右的時間，每年發(fā)展10座城市，每座城市推出1000輛新能源汽車開展示范運行，并最終選出了3批共25座試點城市。因此，如今的退役動力蓄電池也重要集中在深圳、合肥、北京等新能源汽車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、交通運輸部、商務部、市場監(jiān)管總局、能源局公布了《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》，構建回收利用管理機制，推動建立回收利用體系。

為了明確溯源信息采集要求，新能源汽車國家監(jiān)測與動力蓄電池回收利用溯源綜合管理平臺也上線運營。目前，已有393家汽車生產公司、44家報廢汽車回收拆解公司、37家梯次利用公司和42家再生利用公司加入平臺。

工業(yè)和信息化部還確定在京津冀、上海等17個地區(qū)，以及我國鐵塔公司開展試點，積極培育標桿公司，探索技術經濟性強、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家公司共設立了3204個回收服務網點，重要集中在京津冀、長三角、珠三角及中部新能源汽車保有量較高的地區(qū)。

同時，汽車制造、電池生產及綜合利用等公司在備電、儲能等領域積極開展梯次利用試驗。總體來看，梯次利用市場潛力還是很大的，已成為行業(yè)發(fā)展熱點，部分公司正在梯次利用領域探索以租代售等新商業(yè)模式。