鋰電池規(guī)模及廢舊回收需求量
隨著新能源車(chē)保有量的持續(xù)增長(zhǎng)，既帶來(lái)了規(guī)模龐大的動(dòng)力鋰電池需求，也為鋰電池回收和梯次利用的行業(yè)機(jī)遇，發(fā)展鋰電池回收和梯次利用在避免資源浪費(fèi)環(huán)境污染的同時(shí)也 將產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益和投資機(jī)會(huì)。新能源車(chē)2008年奧運(yùn)會(huì)期間北京投入的50輛純電動(dòng)大客車(chē)。
新能源汽車(chē)市場(chǎng)2014年開(kāi)始高速增長(zhǎng)，而新能源汽車(chē)早在2008年奧運(yùn)會(huì)期間就已出現(xiàn)，按照相應(yīng)的報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)，動(dòng)力電池報(bào)廢電池市場(chǎng)已經(jīng)開(kāi)始形成，預(yù)計(jì)到2018年中國(guó)動(dòng)力電池廢舊回收市場(chǎng)將初具規(guī)模，累計(jì)廢舊動(dòng)力電池12.08GWH，累計(jì)報(bào)廢量將達(dá)到17.25萬(wàn)噸左右。根據(jù)測(cè)算，2018年對(duì)應(yīng)的從廢舊動(dòng)力鋰電池中回收鈷、鎳、錳、鋰、鐵和鋁等金屬所創(chuàng)造的回收市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到53.23億元，2020年達(dá)到101億元，2023年廢舊動(dòng)力鋰電池市場(chǎng)將達(dá)到250億元。
動(dòng)力鋰電池回收處理方式
動(dòng)力電池回收主要有兩條路徑，一是針對(duì)沒(méi)有報(bào)廢只是容量下降無(wú)法被電動(dòng)汽車(chē)?yán)^續(xù)使用的電池，也就是二手電池的梯次利用，是指將電池組拆包，對(duì)模塊進(jìn)行測(cè)試篩選，再組裝利用到例如儲(chǔ)能等領(lǐng)域；二是對(duì)已經(jīng)報(bào)廢的動(dòng)力電池拆解、回收與再利用，這是當(dāng)前動(dòng)力電池回收的重點(diǎn)。
目前動(dòng)力電池報(bào)廢處理方式以拆解回收為主。但回收企業(yè)規(guī)模普遍較小，工藝水平不健全，也存在部分不具有回收資格的企業(yè)非法從事廢舊動(dòng)力電池回收。梯次利用在理論上是一種非常好的方案，但對(duì)目前的動(dòng)力電池來(lái)說(shuō)卻很難實(shí)行。主要是因?yàn)閲?guó)產(chǎn)動(dòng)力電池型號(hào)眾多、電池包結(jié)構(gòu)不統(tǒng)一，組裝工藝和技術(shù)千差萬(wàn)別，但真正在拆包過(guò)程中的技術(shù)要求則非常高，對(duì)生產(chǎn)線的技術(shù)和成本都要求很高。此外，國(guó)內(nèi)電池質(zhì)量魚(yú)龍混雜，許多電池可能在電動(dòng)車(chē)上實(shí)際運(yùn)行3-4年便接近報(bào)廢。
動(dòng)力鋰電池回收主體
當(dāng)前的動(dòng)力電池的回收主體主要有回收小作坊、專(zhuān)業(yè)回收公司和政府回收中心，以動(dòng)力電池生產(chǎn)企業(yè)或電動(dòng)汽車(chē)企業(yè)為主體的回收體系還沒(méi)有出現(xiàn)。
目前，動(dòng)力電池的回收渠道主要以回收小作坊為主，專(zhuān)業(yè)回收公司和政府回收中心較少，體系有待重整。廢舊動(dòng)力電池大多流入了缺乏資質(zhì)的翻新小作坊，這些公司工藝設(shè)備落后。但如果交由依法注冊(cè)納稅的正規(guī)企業(yè)，取得資質(zhì)并按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)排放，勢(shì)必會(huì)造成價(jià)格上競(jìng)爭(zhēng)力的缺失。因此，完善政策保障電池回收產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展非常必要。
專(zhuān)業(yè)回收公司是經(jīng)國(guó)家批準(zhǔn)專(zhuān)門(mén)回收處理廢舊動(dòng)力電池的專(zhuān)業(yè)企業(yè)，綜合實(shí)力雄厚、技術(shù)設(shè)備先進(jìn)、工藝規(guī)范，既能最大化回收可用資源，又能夠降低對(duì)環(huán)境的污染。目前，開(kāi)展動(dòng)力電池回收的企業(yè)主要有深圳格林美、邦浦循環(huán)科技、贛鋒鋰業(yè)和超威集團(tuán)等。雖然進(jìn)行鋰電池回收方面布局的企業(yè)越來(lái)越多，但缺乏政府系統(tǒng)的支持和政策激勵(lì)。
地方各級(jí)政府設(shè)置回收中心，將有利于科學(xué)規(guī)范地管理電池回收市場(chǎng)、完善回收網(wǎng)絡(luò)、合理布局回收網(wǎng)絡(luò)和回收市場(chǎng)，提高正規(guī)渠道的回收量。但目前我國(guó)還沒(méi)有動(dòng)力電池的政府回收中心，但未來(lái)可以根據(jù)我國(guó)現(xiàn)實(shí)情況，有選擇進(jìn)行發(fā)展。
回收商業(yè)模式探討
以電池生產(chǎn)廠商為主的回收模式
該模式下，由動(dòng)力電池生產(chǎn)廠商利用電動(dòng)汽車(chē)的銷(xiāo)售網(wǎng)絡(luò)改建，以逆向物流的方式回收廢舊電池。而電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)商要配合動(dòng)力電池企業(yè)的回收。消費(fèi)者將報(bào)廢的電池交回附近的電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)售服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)，電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)商以協(xié)議價(jià)格轉(zhuǎn)運(yùn)給電池生產(chǎn)企業(yè)。另外，報(bào)廢汽車(chē)拆解企業(yè)在回收廢舊電動(dòng)汽車(chē)時(shí)，也需將拆解的廢舊動(dòng)力電池直接銷(xiāo)售給動(dòng)力電池生產(chǎn)商。在回收形式上，要用“以舊換新”的方式促使消費(fèi)者主動(dòng)交回廢舊電池。
行業(yè)聯(lián)盟回收模式
該模式下主要由業(yè)內(nèi)的動(dòng)力電池生產(chǎn)商、電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)商或者電池租賃公司組成，并共同出資設(shè)立專(zhuān)門(mén)的回收組織，負(fù)責(zé)動(dòng)力電池的回收。該模式的主要特點(diǎn)是在行業(yè)內(nèi)成立統(tǒng)一回收組織、影響力強(qiáng)、覆蓋面廣，易于消費(fèi)者交回電池。回收利用所得的收益用于回收網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)。
第三方回收模式
該模式需要獨(dú)自構(gòu)建回收網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)物流體系，來(lái)回收委托企業(yè)售后市場(chǎng)的廢舊動(dòng)力電池，先運(yùn)回回收處理中，再進(jìn)行專(zhuān)業(yè)化處理。另外，汽車(chē)拆解企業(yè)也可以將廢舊動(dòng)力電池直接銷(xiāo)售給第三方企業(yè)。不過(guò)該模式的建立，所需的設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)及人力投入較大，成本較高。
三種模式比較，行業(yè)聯(lián)盟回收成本效益性最佳，但需要行業(yè)內(nèi)各企業(yè)配合建立，目前動(dòng)力電池政策及法規(guī)尚未明確及完善的情況下可操作性難度較大。綜合來(lái)看，以動(dòng)力電池生產(chǎn)商為主導(dǎo)的回收模式成本較低，且易于實(shí)現(xiàn)。
國(guó)外電池回收體系
德國(guó)：政府立法回收，生產(chǎn)者承擔(dān)主要責(zé)任，設(shè)立基金完善回收體系建設(shè)。德國(guó)電池回收法規(guī)主要依托于《歐盟廢棄物框架指令》和《電池回收指令》?；厥辗ㄒ?guī)要求電池生產(chǎn)商、銷(xiāo)售商、回收商和消費(fèi)者均負(fù)有對(duì)應(yīng)的回收責(zé)任和義務(wù)，其中電池生產(chǎn)商承擔(dān)主要回收責(zé)任，銷(xiāo)售商要配合電池生產(chǎn)商的回收工作，而消費(fèi)者應(yīng)當(dāng)將廢舊電池交回相應(yīng)的回收體系。
日本：生產(chǎn)商主導(dǎo)電池回收，直接進(jìn)入“循環(huán)再利用”模式，各類(lèi)企業(yè)廣泛參與電池回收。日本當(dāng)前已經(jīng)初步建立起“蓄電池生產(chǎn)銷(xiāo)售-回收-再生處理”的電池回收利用體系，同時(shí)日本民眾自發(fā)成立很多民間組織，參與到廢舊電池產(chǎn)品回收的各個(gè)環(huán)節(jié)。2000年起，日本政府規(guī)定生產(chǎn)商應(yīng)對(duì)鋰電池的回收負(fù)責(zé)，并給予資源回收面向產(chǎn)品的設(shè)計(jì)；電池回收后運(yùn)回電池生產(chǎn)企業(yè)處理，政府提供相應(yīng)的補(bǔ)助。此外，日本很多企業(yè)也參與到電池回收體系中，除了電動(dòng)汽車(chē)及專(zhuān)門(mén)的回收企業(yè)外，日本主要的通信公司也聯(lián)合成立了鋰電池自主回收促進(jìn)會(huì)，聲明其由責(zé)任推到鋰電池的回收利用工作，爭(zhēng)取大幅提高鋰電池的回收率。
美國(guó)：市場(chǎng)調(diào)節(jié)為主，政府從環(huán)境保護(hù)角度進(jìn)行管理，輔助推動(dòng)廢舊動(dòng)力電池回收。政府采取附加環(huán)境費(fèi)的方式，由消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)電池時(shí)收取一定數(shù)額的手續(xù)費(fèi)和電池生產(chǎn)企業(yè)出資一部分回收費(fèi)，作為產(chǎn)品報(bào)廢回收的資金支持，同時(shí)廢舊電池回收企業(yè)以協(xié)議價(jià)將提純的原材料賣(mài)給電池生產(chǎn)企業(yè)。美國(guó)市場(chǎng)上主要有美國(guó)可充電電池回收公司（RBRC）和美國(guó)便攜式可充電協(xié)會(huì)（PRBA）兩大組織宣傳及引導(dǎo)公眾配合廢舊電池的回收，保護(hù)自然環(huán)境。RBRC是一個(gè)非盈利性的公共服務(wù)組織，主要是促進(jìn)可充電電池的循環(huán)利用；PRBA則是由電池企業(yè)組成的非盈利性電池協(xié)會(huì)，主要制定回收計(jì)劃和措施來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)用電池的循環(huán)利用。其中，RBRC提供了三個(gè)方案來(lái)收集、運(yùn)送和重新利用廢舊可充電池：零售回收方案、社區(qū)回收方案以及公司企業(yè)和公共部門(mén)回收方案。
可回收型儲(chǔ)能鋰電池或?qū)?wèn)世
中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心預(yù)測(cè)，到2020年，我國(guó)汽車(chē)動(dòng)力電池累計(jì)報(bào)廢量將達(dá)到12-17萬(wàn)噸的規(guī)模，電池回收問(wèn)題引起人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。為加強(qiáng)新能源汽車(chē)動(dòng)力蓄電池回收利用管理，規(guī)范行業(yè)發(fā)展，推進(jìn)資源綜合利用，12月1日，國(guó)家工信部網(wǎng)站公布《新能源汽車(chē)動(dòng)力蓄電池回收利用管理暫行辦法》（征求意見(jiàn)稿），向社會(huì)公開(kāi)征求意見(jiàn)，這意味著動(dòng)力電池的回收工作將有法規(guī)可依。
然而，動(dòng)力電池的回收還面臨諸多問(wèn)題，有沒(méi)有一種方法，讓電池的成本降下來(lái)，讓回收更方便、污染更少？答案是有。在近日舉辦的“2016中國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)與應(yīng)用大會(huì)”上，中科院電工研究所研究員陳永翀發(fā)表了“基于可回收理念的新型儲(chǔ)能鋰電池研究”主題演講，分享了其團(tuán)隊(duì)關(guān)于新型儲(chǔ)能電池的研究成果。這種新型結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)能鋰電池，不但讓鋰電池真正做到可回收，還降低了電池的制造成本和使用成本，具有傳統(tǒng)鋰電池所不具備的很多優(yōu)點(diǎn)，從技術(shù)創(chuàng)新的角度來(lái)說(shuō)，電池的回收或?qū)⒂瓉?lái)曙光。
鋰電池回收難在哪兒
無(wú)論是圓柱鋰電池還是方型鋰電池，從內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)看，所有的鋰電池都是粘接電極，而粘接電極給動(dòng)力鋰電池的回收帶來(lái)很大困擾。Co元素和Li元素回收要拆解，由于雜質(zhì)太多，只能把粘接的電極全部打碎，里面碎的鋁箔、銅等材料重新用冶金方式回收。陳永翀表示，這樣回收不但成本高，污染也大，回收過(guò)程中產(chǎn)生的酸、堿的處理也是個(gè)問(wèn)題。
其次，這樣的粘接結(jié)構(gòu)還導(dǎo)致鋰電池的動(dòng)態(tài)循環(huán)壽命縮短。如果將鋰電池用作靜態(tài)儲(chǔ)能，電池的循環(huán)壽命會(huì)很長(zhǎng)，但是在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中使用的話，使用環(huán)境會(huì)使電池壽命受到影響。此外，隨著不同季節(jié)溫度的變化，電池內(nèi)部也會(huì)出現(xiàn)膨脹、收縮等現(xiàn)象，久之活性顆粒接觸內(nèi)阻升高，電池極片松動(dòng)脫落，電池循環(huán)壽命會(huì)急劇下降。
“所以動(dòng)力電池的壽命和狹義的靜態(tài)儲(chǔ)能電池的壽命（不一樣），在實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)下測(cè)試很好，但在動(dòng)態(tài)實(shí)際情況下使用壽命不見(jiàn)得會(huì)很好，這個(gè)要區(qū)別開(kāi)來(lái)”，陳永翀說(shuō)。
此外，動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電池需要串聯(lián)、并聯(lián)，要求電池具有較好的一致性。電池涂布厚度很薄，比如100微米，設(shè)備廠商要求精度要控制在±0.5微米，而一套普通的擠壓式涂布機(jī)約300萬(wàn)一套，設(shè)備投資合0.3-0.5Wh/元，這就導(dǎo)致了大型鋰電池高昂的制造成本。
新型儲(chǔ)能鋰電池有望解決電池回收難題
針對(duì)傳統(tǒng)鋰電池回收的這些問(wèn)題，陳永翀帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)正在研發(fā)一種新型儲(chǔ)能鋰電池，他們從鋰電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)入手，把鋰電池內(nèi)部粘接改為加熱狀態(tài)，上面幾個(gè)問(wèn)題則迎刃而解：
這種新型儲(chǔ)能鋰電池的漿料回收、再生容易，純度也很高，將缺少的元素補(bǔ)上之后，還可再用；漿料耐沖擊，不存在松動(dòng)脫落問(wèn)題，電池動(dòng)態(tài)壽命更長(zhǎng)；漿料電極片是傳統(tǒng)電極片厚度的5-10倍，絕對(duì)精度容易控制，電池的制造成本降低。
該新型儲(chǔ)能鋰電池的庫(kù)存效率很高，跟現(xiàn)有鋰電池一樣可高達(dá)99%以上，它的能量效率比目前現(xiàn)有鋰電池稍低，但大于90%，此外，該電池的循環(huán)性也非常好。陳永翀表示，低速電動(dòng)車(chē)和小型儲(chǔ)能領(lǐng)域是該新型電池未來(lái)的一個(gè)應(yīng)用市場(chǎng)。“我們不要求一個(gè)產(chǎn)品十全十美，可以應(yīng)用在任何場(chǎng)合，這做不到，找到它的應(yīng)用場(chǎng)合去做就行，百花齊放”，陳永翀說(shuō)。
盡管鉛酸電池能量密度低，壽命短，還是有大量的商業(yè)電動(dòng)車(chē)和儲(chǔ)能基站采用，這主要是因?yàn)殇囯姵爻杀咎?。降低電池成本的途徑無(wú)外乎三個(gè)方面：降低材料成本、降低制造成本和降低使用成本。通常情況下，人們通過(guò)提升能量密度從而在某種程度上降低材料成本（隨著能量密度的增加，安全性能則會(huì)降低），通過(guò)擴(kuò)大規(guī)模來(lái)降低制造成本，通過(guò)提高靜態(tài)壽命來(lái)降低使用成本。
陳永翀團(tuán)隊(duì)把電池內(nèi)部粘接改為加熱狀態(tài)，讓鋰電池真正做到了可回收和可再生，且回收殘值大于20%。他們不單單依靠規(guī)?；圃靵?lái)降低成本，工藝結(jié)構(gòu)也降低了回收成本；漿料具有耐沖擊的特性，從而也提高了電池的動(dòng)態(tài)壽命。這種新型儲(chǔ)能鋰電池的研究，是一種新思路，為電池回收難題帶來(lái)了解決的曙光。
據(jù)悉，該新型儲(chǔ)能電池研發(fā)項(xiàng)目開(kāi)始于2010年，小試成功，從2016年4月1日開(kāi)始中試，目前已經(jīng)授權(quán)19項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利，并在進(jìn)一步研發(fā)當(dāng)中。