典型锂离子电池正极材料的足迹家族比较分析及综合评价

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约从20世纪末起,人们将其目光聚焦到了一种绿色电池-锂离子电池“身上”。它不但拥有优越的电化学性能,而且产生的环境影响较小,价格优惠,成本低廉。然而很少有研究考虑多个方面因素对电池单体性能的影响。从这个角度出发,我们制定了一个以多层次指标为基础的锂离子电池综合评价体系,旨在为锂离子电池性能评价提供一个综合评价方法。该评价体系包括三个方面:对环境的影响,经济参数和电化学性能,每一个方面又包括多个指标。用每一个样本电池的得分来定量地比较和分析其综合性能和市场竞争力的大小。值得一提的是,我们重点研究了电池的环境影响评价方向,使用足迹家族指标来表征电池对环境的影响。“足迹家族”作为国际上新兴的研究热点领域,可以对产品和服务做出评价。这个概念的提出启发了我们的研究灵感,可引入它来对电池环境影响做出评价。在本文框架体系内,借助Sima Pro软件分别计算八种二次电池正极材料镍氢电池、LiFePO4/C、LiFe0.98Mn0.02PO4/C、FeF3(H2O)3/C、Li1.2Ni0.2Mn0.6O2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0.8Co0.2O2/C和Na Fe PO4/C的碳足迹、水足迹和生态足迹值,综合比较他们的数值大小,分析影响电池环境性能的关键因素,总结出足迹类指标评价锂离子电池的方法,构建出评价体系。紧接着,本研究在之前环境评价体系构建完成的基础上,对电池进行综合评价。在这个体系内,涉及这三个方面共建立了11个指标。由于每一个指标量纲和单位并不完全相同,我们使用熵权法这一计算方法来实现指标间的标准化和去维度,从而得到每个样品电池的综合评价值。在研究中我们选择了4种锂离子电池正极材料作为研究对象,四种电池材料分别为:LiFePO4/C,LiFe0.98Mn0.02PO4/C,FeF3(H2O)3/C和Li Mn2O4/C。最终得到的四个电池样本的综合评价值分别为0.034,0.041,-0.027,0.052。综合评价值越低,产品性能越好,市场竞争力也就越大。最终可以得出,在同样合成1kg电池材料的前提下,FeF3(H2O)3/C电池材料具有最优的性能。这个结果体现了不同种类的电池材料在原材料购买成本,电化学性能以及环境影响方面的差别和优劣性。为锂离子电池材料建立综合评价体系,目的是便于我们对其进行科学评价和优化,并发现更具竞争力和市场前景的电池材料。最后,为了使这一电池环境评价体系的应用更加简洁便利,也为了能定量表征合成1kg电池材料所产生的综合环境影响,本研究使用JAVA语言编写了二次电池足迹家族计算系统。
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