湖南大學(xué)機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院助教 黃威

“2019中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展(泰達(dá))國際論壇”于2019年8月30日～9月1日在天津?yàn)I海新區(qū)隆重舉行。本屆論壇的主題為“全面深化改革開放 發(fā)展壯大新動(dòng)能”。會(huì)上湖南大學(xué)機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院助教黃威發(fā)表演講。

內(nèi)容如下：

尊敬的各位老師、領(lǐng)導(dǎo)、來賓大家上午好，我們團(tuán)隊(duì)的余老師有一個(gè)行程安排原因無法參會(huì)，由我代他做報(bào)告。報(bào)告的主題是《新能源車動(dòng)力電池循環(huán)利用物理化學(xué)交叉耦合關(guān)鍵技術(shù)研究》。

這個(gè)題目中所說的物理化學(xué)交叉耦合的關(guān)鍵技術(shù)是指乘用動(dòng)力電池在循環(huán)利用的過程當(dāng)中連接前端的物理回收工藝和后端的化學(xué)處理工藝的關(guān)鍵點(diǎn)。目前產(chǎn)業(yè)化的過程當(dāng)中，我們的物理化學(xué)工藝相對(duì)來說是比較脫離的，我們團(tuán)隊(duì)也是針對(duì)于這個(gè)現(xiàn)狀做了一些研究。

報(bào)告主要分為兩部分，第一部分是研發(fā)平臺(tái)和團(tuán)隊(duì)介紹，第二部分是研究過程的體驗(yàn)。不敢說是什么成果與經(jīng)驗(yàn)，只是說這個(gè)過程中還有許多的尚未探索到的東西，需要大家一起去探索和研究。

主要分為三部分，國家級(jí)平臺(tái)、省部級(jí)平臺(tái)、產(chǎn)學(xué)研平臺(tái)，時(shí)間關(guān)系不做過多贅述。 我們的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)是中國工程院丁榮軍院士領(lǐng)先的團(tuán)隊(duì)，鐘志華院士， 。

正向研究這一塊，跟新能源汽車相關(guān)的電池的材料結(jié)構(gòu)，是動(dòng)力電池模組的結(jié)構(gòu)斷裂損傷與疲勞分析，逆向研究這一塊主要針對(duì)于新能源汽車的動(dòng)力電池較多，主要涵蓋了整車、電池回收拆借工藝的關(guān)鍵技術(shù)裝備，汽車的綠色設(shè)計(jì)，包括它的一個(gè)電池的開拆卸性的布局和動(dòng)力電池氫量化布局分析。其次還有動(dòng)力電池的模組三級(jí)的物理分離的工藝技術(shù)研究，涉及到了工藝應(yīng)用、拆解裝備和有機(jī)成分脫離以及交叉耦合技術(shù)的研究與應(yīng)用。最后的交叉耦合技術(shù)的研究與應(yīng)用是我們研究的重點(diǎn)，行業(yè)內(nèi)俗稱的黑粉是金屬器材。從大的方向來劃分的話，其實(shí)動(dòng)力電池的回收過程分為前面的物理工藝端和化學(xué)工藝端，無論是3C電池還是動(dòng)力電池，它最終還原到電池材料的層面都需要經(jīng)過大致的過程，需要因?yàn)椴煌幕厥掌髽I(yè)和工藝技術(shù)有一些小區(qū)別，但是整體的框架是這樣的，在整個(gè)物理回收過程當(dāng)中從前端的分析評(píng)估開始到制成大概經(jīng)過十個(gè)步驟，因?yàn)楦鱾€(gè)企業(yè)的工藝流程相對(duì)來說不盡相同，不做詳細(xì)介紹。

從前端的物理階段到后端化學(xué)階段，交叉耦合技術(shù)是行業(yè)內(nèi)大多數(shù)企業(yè)較為忽略的一點(diǎn)，大家可能都說動(dòng)力電池回收其實(shí)是把它采取破損打成粉就可以了，這個(gè)粉可以直接當(dāng)做燃料用到化學(xué)溶解當(dāng)中，這個(gè)過程中還涉及到很多問題，包括黑粉的純度和雜質(zhì)的控制，有機(jī)物脫除的問題，這些都是非常關(guān)鍵的點(diǎn)。

另外被行業(yè)內(nèi)大多數(shù)人忽略的點(diǎn)也是因?yàn)閲獍堰@個(gè)黑粉叫做BLKmass，它是正負(fù)極粉料的混合物，另一方面很少有人研究了解它，有點(diǎn)黑匣子的意思。

在這個(gè)耦合中，形成了一種類似于斷層，如何實(shí)現(xiàn)物理工藝的高效直收，這恰好是研究的重點(diǎn)。

長期以來，電池的回收主要分為濕法和火法兩大路線，物理工藝也變得越發(fā)重要。典型物理工藝的直收率是非常關(guān)鍵的指標(biāo)，行業(yè)內(nèi)普遍來說，總體直收損失率長期不低于15%這也是物理工藝的巨大痛點(diǎn)，損失率不低于15%，也就是說直收率在85%以上，基本上電池回收處理的企業(yè)研發(fā)投入和聚焦點(diǎn)均是聚焦在化學(xué)和濕法冶金領(lǐng)域，整個(gè)過程對(duì)于酸堿化工使用的控制也是行業(yè)二次環(huán)保的重點(diǎn)。隨著環(huán)保日趨嚴(yán)格，典型的化學(xué)工藝面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

通常來說，過程當(dāng)中影響到這個(gè)基材重要的因素需要從物理性進(jìn)行分析，比如說現(xiàn)在新能源汽車的動(dòng)力電池的模組形態(tài)，可以說是千變?nèi)f化的，市場上大概存在著有七八百種，這些組合再到器材的物理解離工藝，都會(huì)對(duì)環(huán)境有影響，這都是我們研究的重點(diǎn)。

在說到材料體系來說，進(jìn)入化學(xué)溶解的萃取劑和形態(tài)的控制都是比較重要的研究點(diǎn)，其實(shí)這個(gè)控制點(diǎn)在前面的物理環(huán)節(jié)已經(jīng)形成了，所以如何形成對(duì)于物理環(huán)節(jié)的控制，來達(dá)到對(duì)于后期的化學(xué)環(huán)節(jié)的負(fù)擔(dān)是至關(guān)重要的。

最后從經(jīng)濟(jì)性角度來說，新能源汽車動(dòng)力電池的正極材料，正極成本占總成本的40%以上，到2025年我們預(yù)測三元的價(jià)格降到了7毛錢每瓦時(shí)，磷鐵可以是6毛錢每瓦時(shí)。 如果直收率可以達(dá)到80以上，就可以減少大概超過80%的酸堿消耗量，同時(shí)減少了8%廢渣的產(chǎn)生，如果直收率達(dá)到90%以上，成本上可以減少30%。

另外說到直收率90%是一個(gè)什么概念呢?在做動(dòng)力電池循環(huán)利用這一塊，國內(nèi)行業(yè)內(nèi)比較領(lǐng)先的一些企業(yè)，他們目前最多做到85%的樣子。從管道學(xué)來說，相對(duì)于國外直接走合金的技術(shù)路線，國內(nèi)在整個(gè)技術(shù)路線上環(huán)境友好性和經(jīng)濟(jì)性還是明顯的，國外的大化工雖然相對(duì)來說落后于中國，但是我們的物理處理技術(shù)和裝備工程力能力不及國外的，這也是我們湖南大學(xué)新能源團(tuán)隊(duì)目前研究的重點(diǎn)，謝謝大家!