如何實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池回收及循環(huán)利用？

由數(shù)據(jù)看市場(chǎng)需求和技術(shù)發(fā)展要求

1）據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布消息，2017年新能源汽車產(chǎn)銷量分別達(dá)79.4萬輛、77.7萬輛，同比分別增長(zhǎng)53.8%、53.3%，新能源汽車占總銷量的2.7%。

2）截至2017年底累計(jì)推廣新能源汽車180多萬輛，裝配動(dòng)力蓄電池約86.9GWh，據(jù)工信部數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)至2020年新能源汽車銷量達(dá)200萬輛，且純電動(dòng)車占比達(dá)56%。

3）按照新能源乘用車動(dòng)力電池使用年限5-6年，商用車2-3年計(jì)算，預(yù)計(jì)我國動(dòng)力電池回收利用在2020年達(dá)到107億元左右，其中梯級(jí)利用市場(chǎng)約64億元，再生利用市場(chǎng)約43億元。

以上三點(diǎn)讓我們看到了動(dòng)力電池回收和循環(huán)利用的巨大市場(chǎng)，但在技術(shù)層面也給發(fā)展提出了要求，《促進(jìn)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)方案》提出，到2020年，新型鋰離子動(dòng)力電池單體比能量超過300Wh/kg，系統(tǒng)比能量力爭(zhēng)達(dá)到260Wh/kg，成本降至1元/Wh以下，使用環(huán)境-30℃到55℃，至2025年，單體比能量達(dá)500 Wh/kg。

通過以上數(shù)據(jù)，我們也能看出新能源汽車的發(fā)展帶動(dòng)了整個(gè)鋰離子動(dòng)力電池的發(fā)展，也帶來了動(dòng)力電池梯次利用和再生利用的市場(chǎng)需求。研討會(huì)開場(chǎng)趙金生理事長(zhǎng)“拋磚引玉”，指出了目前行業(yè)存在投資過熱、關(guān)鍵技術(shù)缺乏自主創(chuàng)新、新能源汽車快速發(fā)展帶來的產(chǎn)能過剩及產(chǎn)業(yè)鏈無序發(fā)展、梯次利用安全性缺少保障、原材料價(jià)格上漲導(dǎo)致失去成本優(yōu)勢(shì)等一系列現(xiàn)實(shí)問題。楊裕生院士更精準(zhǔn)總結(jié)了一些亟待解決的問題，并呼吁政府主導(dǎo)、專家參與、協(xié)會(huì)組織等多方協(xié)調(diào)解決問題，動(dòng)力鋰離子電池目前面臨的主要問題：1）補(bǔ)貼過高造成電動(dòng)汽車企業(yè)騙補(bǔ)，提高補(bǔ)貼門檻又造成以政府部門為龍頭的債務(wù)鏈，處于債務(wù)鏈末端的電池和電池材料企業(yè)苦不堪言；2）產(chǎn)能過剩，導(dǎo)致鋰離子電池價(jià)格下降，利潤降低，通過電動(dòng)汽車發(fā)展消耗產(chǎn)能需要時(shí)間；3）鈷、鎳資源少，價(jià)格受制于人，難以支撐千萬輛電動(dòng)車生產(chǎn)需求；4）補(bǔ)貼與里程掛鉤，使得比能量比安全重要，三元電池由333/523至622/811，鎳含量增加使熱失控溫度降低，安全性降低；5）車重、空調(diào)耗能，行駛里程縮短，充電樁費(fèi)錢，電池壽命短于整車，第二套電池要用戶購買；6）補(bǔ)貼停止后，行駛里程高的很難賣出去。這些問題反映出行業(yè)發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)，正如楊院士所說解決這些問題不是一朝一夕的事，需要政府、企業(yè)、公眾的多方協(xié)作。

國內(nèi)外電池回收技術(shù)比較

在電池回收技術(shù)方面，國外的Toxco、AEA Technology、Inmetco公司、SNAM公司、東芝的TERUME、住友金屬礦山公司均可以規(guī)?；厥?a target="_blank">鋰電池，其中Toxco公司能處理不同型號(hào)、不同化學(xué)性質(zhì)的鋰電池；國內(nèi)起步較晚，目前格林美、邦普（被寧德時(shí)代收購）和贛州豪鵬三家公司規(guī)模化回收電池合計(jì)占市場(chǎng)超90%。在回收工藝上，Toxco采用濕法工藝先將廢鋰離子電池在-198℃液氮中低溫粉碎回收，Inmetco公司采用火法工藝在電弧爐內(nèi)高溫處理，德國普遍采用火法與濕法結(jié)合的工藝，通過“預(yù)處理-真空熱處理-機(jī)械處理-造塊-火法-濕法”的工藝流程在不同處理階段回收得到材料；國內(nèi)格林美、邦普普遍以濕法工藝為主，與火法工藝相結(jié)合進(jìn)行回收。

預(yù)計(jì)至2020年，行業(yè)將實(shí)現(xiàn)拆解技術(shù)由人工到自動(dòng)化，提高拆解效率，實(shí)現(xiàn)銅鋁分選效率達(dá)85%以上，鎳鈷錳回收率達(dá)98%以上，鋰資源回收率達(dá)60%以上，并突破石墨回收與資源化利用技術(shù)。

表中所列鋰電回收前4位的公司均未涉及大規(guī)?；厥誏i，Li回收研究處于起步階段，缺少機(jī)理的分析，工業(yè)案例少；Ni和Co的回收過程酸堿及還原劑消耗量大；對(duì)材料修復(fù)再生的研究較少。

高校研發(fā)為回收利用提供技術(shù)支撐

在梯次利用安全方面，楊裕生院士指出安全是梯次利用的首要問題：1）要在電池包設(shè)計(jì)-生產(chǎn)階段就考慮梯次利用問題，利用大數(shù)據(jù)建立可追溯的管理系統(tǒng)，標(biāo)明電極材料，便于分類利用；2）磷酸鐵鋰單體比能量140-180Wh/kg，壽命3000次以上，量大時(shí)單體0.8元/Wh，成組時(shí)1.0元/Wh，安全性高適合梯次利用，但再生利用時(shí)無利潤。

在正極材料回收利用技術(shù)上，蘭州大學(xué)的王大輝教授對(duì)傳統(tǒng)濕法冶金工藝進(jìn)行改進(jìn)，采用“低溫焙燒-水溶解-再制造”的短流程技術(shù)簡(jiǎn)化了濕法工藝路線，降低了能耗，硫酸用量減少，不再使用H2O2，減少了酸污染，節(jié)約成本＞5000元/噸。正極材料中的鋰元素一般是在第一步堿性環(huán)境下進(jìn)行回收，溶液成分復(fù)雜，置換困難，因此鋰的回收效率往往低于鎳鈷錳，中科院過程所的孫峙研究員采用有機(jī)碳為還原劑，選擇性破壞正極廢料晶體結(jié)構(gòu)，促使鋰元素游離，實(shí)現(xiàn)鋰的選擇性提取，提取率＞95%。

電解液在電池中含量少，但對(duì)環(huán)境的危害最大，哈工大的戴長(zhǎng)松教授指出在電解液受熱或粉碎過程中，存在有機(jī)溶劑PC、DEC蒸發(fā)，還產(chǎn)生HF、有機(jī)磷酸鹽（OPs）、烷基氟類化物等有毒有害化合物的問題，戴教授對(duì)比了真空熱解法、有機(jī)溶劑萃取法、超臨界CO2萃取法的優(yōu)缺點(diǎn)，利用超臨界CO2萃取法，在體系中添加甲醇、乙醇等“夾帶劑”能顯著提高極性溶質(zhì)的萃取效率。

在回收工藝上，國內(nèi)普遍采用干法與濕法結(jié)合，北工大的席曉麗教授引進(jìn)半自動(dòng)化的拆解回收工藝，通過“拆解-焙燒-破碎-振動(dòng)篩（正負(fù)極）”實(shí)現(xiàn)材料回收，過程中采用酸性浸出“配合-沉淀”法得到Fe、Mn、Cu金屬，采用電沉積法和吸附法實(shí)現(xiàn)Ni、Li回收，Co回收先用草酸進(jìn)行沉淀，再進(jìn)行結(jié)構(gòu)修復(fù)可得到性能可比擬原礦產(chǎn)品的再生產(chǎn)品；席老師研究的三元正極材料鎳鈷錳等有價(jià)金屬的浸出率達(dá)到99%以上，對(duì)鎳鈷正極材料酸浸除雜后共沉淀得到前驅(qū)體，再煅燒可得再生正極材料。

企業(yè)紛紛探索回收處理技術(shù)，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展鋪路

在電池梯次利用和拆解工藝中，一些企業(yè)瞄準(zhǔn)了智能化的發(fā)展方向，通過智能化提高效率，降低成本和保證安全。中天鴻鋰在動(dòng)力電池梯級(jí)利用上采用以租代售模式，廢舊鋰電池回收的梯次利用價(jià)值占70%，再生利用價(jià)值占30%，再生利用的價(jià)值集中在三元電池，磷酸鐵鋰電池再生利用價(jià)值較低；動(dòng)力電池拆解難易程度與組件、材料、焊接工藝、電芯類型、灌膠工藝、模組串聯(lián)方式、底盤結(jié)構(gòu)等有關(guān)，結(jié)構(gòu)、組成、工藝越復(fù)雜，拆解難度越大，對(duì)電池的損傷越大；中天鴻鋰采用自動(dòng)化的拆解線配合數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)拆解的智能化，提高了拆解效率。深圳乾泰同樣建立了智能化的拆解線，實(shí)現(xiàn)每年拆解5萬臺(tái)報(bào)廢新能源汽車、3萬噸退役電池、梯級(jí)利用生產(chǎn)2萬套儲(chǔ)能產(chǎn)品、分離1.5萬噸報(bào)廢電池。深圳雄韜引入大數(shù)據(jù)技術(shù)，在產(chǎn)品、成本、產(chǎn)業(yè)鏈、潛在市場(chǎng)中進(jìn)行應(yīng)用。我國鈷資源缺乏，主要從剛果等國進(jìn)口，鈷在三元材料中起到提高材料的循環(huán)和倍率性能以及穩(wěn)定材料層狀結(jié)構(gòu)的作用，華友鈷業(yè)作為鈷原料的供應(yīng)商，其生產(chǎn)線從專業(yè)化、自動(dòng)化往智能化方向發(fā)展，建立了智能工廠。

傳統(tǒng)濕法工藝存在回收率低（三元＜50%，鐵鋰＜30%），環(huán)境污染（焚燒或掩埋、酸堿浸洗），無法通過一、二線城市環(huán)評(píng)，長(zhǎng)距離運(yùn)輸成本高，磷酸鐵鋰、錳酸鋰中貴金屬含量不高，經(jīng)濟(jì)效益差等問題。為解決傳統(tǒng)濕法工藝的弊端，北京賽德美采用精準(zhǔn)拆解+材料修復(fù)技術(shù)，不僅回收三元電池，還可以處理磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈦酸鋰等多種電池，回收具有良好經(jīng)濟(jì)性；賽德美的回收技術(shù)實(shí)現(xiàn)了全封閉、全自動(dòng)、純物理拆解，不產(chǎn)生有害氣體，實(shí)現(xiàn)鋰電材料的全組分回收；可以通過最嚴(yán)格環(huán)評(píng)，方便各地建廠，降低處理成本和環(huán)保成本。此外，一些企業(yè)從自身實(shí)際考慮，提出進(jìn)行退役電池篩選檢測(cè)的健康指數(shù)評(píng)估，在動(dòng)力電池的設(shè)計(jì)生產(chǎn)、拆卸、包裝運(yùn)輸、存儲(chǔ)、余能檢測(cè)、拆解、梯級(jí)利用、再生利用的階段制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)體系，明確電池生產(chǎn)企業(yè)、汽車生產(chǎn)企業(yè)、報(bào)廢汽車回收拆解企業(yè)、梯次利用和再生利用企業(yè)的主要任務(wù)。

行業(yè)政策逐步完善，為回收利用保駕護(hù)航

在行業(yè)政策方面，存在如下問題：1）缺少動(dòng)力蓄電池回收利用專項(xiàng)法律法規(guī)；2）廢舊動(dòng)力蓄電池回收體系暫未有效建立；3）政策標(biāo)準(zhǔn)體系亟待進(jìn)一步完善；4）對(duì)動(dòng)力蓄電池回收利用技術(shù)和裝備研發(fā)支持力度?。?）報(bào)廢汽車回收拆解企業(yè)亟待技術(shù)升級(jí)；6）對(duì)梯級(jí)利用行業(yè)缺少引導(dǎo)和規(guī)范。廢舊動(dòng)力電池回收利用的成本包括運(yùn)輸、包裝、倉儲(chǔ)、環(huán)保、拆解、測(cè)試、售后成本，其中運(yùn)輸應(yīng)遵循國家有關(guān)電池包裝運(yùn)輸法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)要求，冶煉要遵循國家再生金屬標(biāo)準(zhǔn)及有色金屬冶煉企業(yè)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)等有關(guān)要求，拆解要保證環(huán)境友好和安全性。

在動(dòng)力鋰電池回收利用政策上，工信部節(jié)能司發(fā)布《新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用溯源管理暫行規(guī)定》，規(guī)定指出，對(duì)動(dòng)力蓄電池生產(chǎn)、銷售、使用、報(bào)廢、回收、利用等全過程進(jìn)行信息采集，對(duì)各環(huán)節(jié)主體履行回收利用責(zé)任情況實(shí)施監(jiān)測(cè)。電池生產(chǎn)、梯次利用企業(yè)應(yīng)按照《關(guān)于開通汽車動(dòng)力蓄電池編碼備案系統(tǒng)的通知》（中機(jī)函〔2018〕73號(hào)）要求，進(jìn)行廠商代碼申請(qǐng)和編碼規(guī)則備案，對(duì)本企業(yè)生產(chǎn)的動(dòng)力蓄電池或梯次利用電池產(chǎn)品進(jìn)行編碼標(biāo)識(shí)。

以上總結(jié)了動(dòng)力電池回收及循環(huán)利用中的問題及解決問題的思路，梯級(jí)或再生利用的核心問題是技術(shù)、環(huán)保和成本問題，要想抓住市場(chǎng)，落腳點(diǎn)還是在核心技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、政策等關(guān)鍵性問題的突破，看得出，政府、上下游企業(yè)、行業(yè)協(xié)會(huì)分工協(xié)作，深入布局該產(chǎn)業(yè)。為解決這些問題需要不斷對(duì)行業(yè)進(jìn)行深入研究，需要深入一線，挖掘?qū)嶋H需求，需要技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)化相結(jié)合，逐步找出解決問題的方案。