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日在天津濱海新區(qū)隆重舉行。本屆論壇的主題為“全面深化改革開放 發(fā)展壯大新動能”。會上湖南大學(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)隊的余老師有一個行程安排原因無法參會,由我代他做報告。報告的主題是《新能源車動力電池循環(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。目前產(chǎn)業(yè)化的過程當(dāng)中,我們的物理化學(xué)工藝相對來說是比較脫離的,我們團(tuán)隊也是針對于這個現(xiàn)狀做了一些研究。
報告主要分為兩部分,第一部分是研發(fā)平臺和團(tuán)隊介紹,第二部分是研究過程的體驗。不敢說是什么成果與經(jīng)驗,只是說這個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,國家級平臺、省部級平臺、產(chǎn)學(xué)研平臺,時間關(guān)系不做過多贅述。 我們的一個研究團(tuán)隊是中國工程院丁榮軍院士領(lǐng)先的團(tuán)隊,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于新能源汽車的動力電池較多,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,包括它的一個電池的開拆卸性的布局和動力電池氫量化布局分析。其次還有動力電池的模組三級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,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,其實動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,需要因為不同的回收企業(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,在整個物理回收過程當(dāng)中從前端的分析評估開始到制成大概經(jīng)過十個步驟,因為各個企業(yè)的工藝流程相對來說不盡相同,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,大家可能都說動力電池回收其實是把它采取破損打成粉就可以了,這個粉可以直接當(dāng)做燃料用到化學(xué)溶解當(dāng)中,這個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。
另外被行業(yè)內(nèi)大多數(shù)人忽略的點也是因為國外把這個黑粉叫做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,有點黑匣子的意思。
在這個耦合中,形成了一種類似于斷層,如何實現(xiàn)物理工藝的高效直收,這恰好是研究的重點。
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,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)投入和聚焦點均是聚焦在化學(xué)和濕法冶金領(lǐng)域,整個過程對于酸堿化工使用的控制也是行業(yè)二次環(huán)保的重點。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,都會對環(huán)境有影響,這都是我們研究的重點。
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,其實這個控制點在前面的物理環(huán)節(jié)已經(jīng)形成了,所以如何形成對于物理環(huán)節(jié)的控制,來達(dá)到對于后期的化學(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)測三元的價格降到了7毛錢每瓦時,磷鐵可以是6毛錢每瓦時。 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%是一個什么概念呢?在做動力電池循環(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,相對于國外直接走合金的技術(shù)路線,國內(nèi)在整個技術(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)隊目前研究的重點,謝謝大家!
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