動(dòng)力電池回收渠道與關(guān)鍵技術(shù)分析

2018年我國(guó)新能源汽車生產(chǎn)將超過100萬(wàn)輛大關(guān)，2020年將超過200萬(wàn)輛，存量超過500萬(wàn)輛。2015年是中國(guó)推廣應(yīng)用新能源的元年，2018年動(dòng)力電池大規(guī)模地退役潮即將開啟，2019年將進(jìn)入爆發(fā)期。

本文介紹三個(gè)方面的知識(shí)：一是動(dòng)力電池對(duì)環(huán)境污染的嚴(yán)重性;二是動(dòng)力電池回收利用的經(jīng)濟(jì)性;三是動(dòng)力電池回收的主要技術(shù)，以及對(duì)動(dòng)力電池回收利用的建議。

一、動(dòng)力電池對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重性

鋰離子動(dòng)力電池大規(guī)模退役后，作為廢料，對(duì)環(huán)境一定有不良影響，會(huì)帶來(lái)一定的環(huán)境污染。盡管鋰離子動(dòng)力電池不包含汞、鎘、鉛等毒害性較大的重金屬元素，且相對(duì)鉛酸電池而言，環(huán)境友好性比較高，但是鋰離子動(dòng)力電池的金屬離子、負(fù)極的碳粉塵、電解質(zhì)中的強(qiáng)堿和重金屬離子，都可能造成重環(huán)境污染，包括提升土壤的 PH 值。鋰鋰子電池中的金屬和電解液，例如鈷元素可能會(huì)引起人們腸道紊亂、耳聾、心肌缺血等癥狀。目前我國(guó)電池資源化回收的能力有限，大部分廢舊電池沒有得到有效的處置，目前主要的廢舊電池處理方式是固化深埋、存放于廢礦井等處理措施，如果規(guī)模過大，將會(huì)給自然環(huán)境和人類健康帶來(lái)潛在威脅。

一句話，如果鋰離子動(dòng)力電池大規(guī)模地退役，人們必須予以高度重視，必須認(rèn)真對(duì)待，穩(wěn)妥處理好。

二、有色金屬回收與原生金屬提煉過程的能源消耗小得多

有資料介紹，三元電池中鋰的平均含量為 1.9%、鎳 12.1%、鈷 2.3%;此外，銅、鋁等占比也達(dá)到了 13.3%和12.7%。鈷具有很好延展性和鐵磁性，耐高溫、耐腐蝕、具磁性性能，被廣泛用于航空航天、機(jī)械制造、電氣電子、化學(xué)、陶瓷等工業(yè)領(lǐng)域。2015 年全球產(chǎn)出鈷礦12.38萬(wàn)噸，剛果(金)產(chǎn)出鈷礦 6.3 萬(wàn)噸，占比超過 50%，中國(guó)僅產(chǎn)出7700 噸，占比 6.2%。對(duì)中國(guó)而言，鈷是稀缺資源。因此從廢舊電池中回收再利用鈷具有越來(lái)越好的經(jīng)濟(jì)性;鋰是動(dòng)力鋰電池中的主要元素，鋰資源在自然界中廣泛分布，然而鋰資源的提取工藝行業(yè)壁壘較高。

由于新能源汽車驅(qū)動(dòng)的需求日益擴(kuò)大，越來(lái)越多的企業(yè)開始關(guān)注鋰電池回收，并通過電池回收原材料，生產(chǎn)電池，其節(jié)能率在 70%~90% 之間。通過電池回收原材料，生產(chǎn)電池，在節(jié)能減排方面具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，其宏觀層面的經(jīng)濟(jì)性是不言而喻的。

三、動(dòng)力電池回收利用渠道分析

動(dòng)力電池從汽車上退役后，其充放電性能不能滿足車輛的動(dòng)力需求，但是電池內(nèi)部的化學(xué)成分并沒有發(fā)生改變，可以運(yùn)用到比汽車電能要求更低的地方，利用在儲(chǔ)能或者相關(guān)的供電基站以及路燈、低速電動(dòng)車身上等，再淘汰后最后再進(jìn)入回收體系。歸納起來(lái)，分為兩個(gè)循環(huán)過程：

①梯次利用：

電池容量降低，使得電池?zé)o法使電動(dòng)車正常運(yùn)行，仍可以在別的途徑繼續(xù)使用，例如用于電力儲(chǔ)能。(注意：電池本身還沒有報(bào)廢)

②拆解回收：

電池?zé)o法繼續(xù)使用，原因是電池容量損耗嚴(yán)重，只有將電池進(jìn)行資源化處理，回收有利用價(jià)值的再生資源。

中國(guó)政府明確采用生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度,見圖(1)。但落實(shí)這一制度，還沒有抓手?；厥绽们肋€沒有建立起來(lái)，這是當(dāng)前急迫要解決的關(guān)鍵問題。

目前已有渠道：

①回收小作坊

點(diǎn)多面廣，回收成本低廉。但是這些小作坊，沒有技術(shù)保障手段，容易產(chǎn)生安全隱

②專業(yè)回收公司

技術(shù)設(shè)備先進(jìn)、工藝規(guī)范，綜合實(shí)力雄厚，是動(dòng)力電池回收利用骨干企業(yè)。但是如何保障這些企業(yè)有“利”可圖?市場(chǎng)還沒有成長(zhǎng)起來(lái)，政府政策如何落實(shí)等，還要深入研究。

③廢舊物資再利用協(xié)會(huì)

廢舊物資再利用協(xié)會(huì)，成員單位比較多，聯(lián)系比較廣泛，回收網(wǎng)絡(luò)比較完善。但目前這類組織，對(duì)動(dòng)力電池回收業(yè)務(wù)還沒有開展起來(lái)。如何合理布局動(dòng)力電池回收市場(chǎng)?如何規(guī)范地管理?還有大量工作要做。

四、廢舊鋰離子電池的資源化工藝分類

按照不同的提取工藝分類，可將鋰離子電池的回收技術(shù)分為 3 大類：

(1)干法回收技術(shù)

主要包括機(jī)械分選法和高溫?zé)峤夥?或稱高溫冶金法)，見表(1)。干法回收工藝流程較短，回收的針對(duì)性不強(qiáng)，是實(shí)現(xiàn)金屬分離回收的初步階段。主要是指不通過溶液等媒介，直接實(shí)現(xiàn)材料或有價(jià)金屬的回收方法，主要是通過物理分選法和高溫?zé)峤夥?，?duì)電池破碎并進(jìn)行粗篩分類，或高溫分解除去有機(jī)物以便于進(jìn)一步的元素回收。

(2)濕法回收技術(shù)

濕法回收技術(shù)工藝比較復(fù)雜，見表(2)，但各有價(jià)金屬的回收率較高，是目前主要處理廢舊鎳氫電池和鋰離子電池的技術(shù)。濕法回收技術(shù)是以各種酸堿性溶液為轉(zhuǎn)移媒介，將金屬離子從電極材料轉(zhuǎn)移到浸出液中，再通過離子交換、沉淀、吸附等手段，將金屬離子以鹽、氧化物等形式從溶液中提取出來(lái)。

(3)生物回收技術(shù):

目前，關(guān)于生物回收技術(shù)的研究剛剛起步，是未來(lái)鋰離子電池回收技術(shù)發(fā)展的理想方向。生物回收技術(shù)具有成本低、污染小、可重復(fù)利用的特點(diǎn)。主要是利用微生物浸出，將體系的有用部分轉(zhuǎn)化為可溶化合物并選擇性地溶解出來(lái)，得到含有效金屬的溶液，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)部分與雜質(zhì)部分分離，最終回收鋰等有價(jià)金屬。

整個(gè)回收工藝一般分為 4個(gè)部分：(1)預(yù)處理部分;(2)電極材料修復(fù);(3)有價(jià)金屬浸出;(4)化學(xué)純化。

第一步：預(yù)處理過程，其目的是初步分離回收舊鋰離子電池中的有價(jià)部分，高效選擇性地收集電極材料等高附加值部分，以便于后續(xù)回收過程順利進(jìn)行。預(yù)處理過程一般結(jié)合了破碎、研磨、篩選和物理分離法。

第二步：材料分離。預(yù)處理階段富集得到了正極和負(fù)極的混合電極材料，為了從中分離回收 Co、Li 等有價(jià)金屬，需要對(duì)混合電極材料進(jìn)行選擇性提取。材料分離的過程也可以按照干法回收、濕法回收和生物回收。

第三步：化學(xué)純化。其目的在于對(duì)浸出過程得到的溶液中的各種高附加值金屬進(jìn)行分離和提純并回收。

五、總結(jié)

①鋰離子電池相比鉛酸電池環(huán)保一些，但是同樣對(duì)環(huán)境有污染。面對(duì)大規(guī)模的動(dòng)力電池退役，利用的基本途徑有：一是梯次利用;二是廢舊鋰離子電池的資源化處理。

②廢舊鋰離子電池的資源化處理技術(shù)成熟，不用過度擔(dān)心。

③發(fā)展新能源汽車，一是中國(guó)政府應(yīng)對(duì)汽(柴)油對(duì)外依賴度越來(lái)越高的不安全性，而采取的措施;二是鋰離子電池比鉛酸電池更環(huán)保;三是鋰離子電池產(chǎn)生的環(huán)保問題，有成熟的技術(shù)可以處理的。