廢舊動(dòng)力電池回收再生利用概況

郝思越 張偉 張慧 吳良恕

奇瑞新能源汽車技術(shù)有限公司 安徽省蕪湖市 241002

不可再生的化石能源例如煤炭、石油、天然氣等是人類與社會(huì)持續(xù)發(fā)展的推動(dòng)力量。不可再生能源的逐漸消耗將會(huì)造成能源枯竭，據(jù)專家估計(jì)目前勘探出來(lái)的石油儲(chǔ)量不足以支持人類使用100 年。與此同時(shí)不可再生資源的消耗過(guò)程中排放的二氧化碳等溫室氣體會(huì)形成溫室效應(yīng)，導(dǎo)致全球變暖、洪澇災(zāi)害增加等自然災(zāi)害。我國(guó)領(lǐng)導(dǎo)人在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上的講話中宣布“中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030 年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的宏偉目標(biāo)。

我國(guó)大力推廣新能源汽車，因?yàn)樾履茉雌囀墙煌ǔ鲂心茉醋兏锏暮诵囊兀源似谕麥p少化石能源的消耗與二氧化碳的排放。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021 年我國(guó)新能源車終端累計(jì)銷量為288.32 萬(wàn)輛，較2020 年增長(zhǎng)了110%。隨著新能源汽車的迅猛發(fā)展，動(dòng)力電池后續(xù)回收與利用至關(guān)重要，據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)2022 年中國(guó)退役動(dòng)力電池將達(dá)到55.38GWh，2025 年甚至?xí)_(dá)到134.49GWh。批量廢舊動(dòng)力電池回收在即，新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不僅需要前端的引導(dǎo)與扶持，更需要將工作重心轉(zhuǎn)移到后端。廢舊動(dòng)力電池的回收再生利用需要進(jìn)行產(chǎn)業(yè)規(guī)劃與綠色發(fā)展。

圖1 近年我國(guó)新能源動(dòng)力電池退役規(guī)模預(yù)測(cè)

1 廢舊動(dòng)力電池的危害與價(jià)值

廢舊動(dòng)力電池中含有重金屬與有害物質(zhì)，若不及時(shí)進(jìn)行回收與處理，將會(huì)給環(huán)境帶來(lái)顯著的危害。例如廢舊動(dòng)力電池中常見的正極材料：鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、磷酸鐵鋰會(huì)與水、酸或氧化劑生成金屬氧化物，造成重金屬污染；廢舊電池包中電解液對(duì)環(huán)境造成的污染也不容小噓，電解液具有強(qiáng)腐蝕性，遇水會(huì)生成HF，氧化產(chǎn)生PO等有害物質(zhì)。如果對(duì)廢舊的動(dòng)力電池僅采用生活垃圾常用的處理方式，例如：挖坑填埋、高溫焚燒，這顯然是不妥當(dāng)?shù)模韪鶕?jù)其特性采用專業(yè)的處理手段。

廢舊動(dòng)力電池的回收再生有著巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與社會(huì)價(jià)值。以廢舊三元鋰電池為例，其中有價(jià)金屬主要是鎳、鈷、錳、鋰，平均質(zhì)量占比分別為12%、5%、7%和1.2%。如果可以得到良好的利用，將變廢為寶產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)收入，且預(yù)計(jì)到2025 年會(huì)達(dá)到600 億元的市場(chǎng)空間。目前動(dòng)力電池的碳足跡計(jì)算采用的是全生命周期法，廢舊動(dòng)力電池中材料回收可減少碳排放。經(jīng)過(guò)專業(yè)的機(jī)構(gòu)測(cè)算，回收再利用廢舊動(dòng)力電池的原料較礦石原料的碳排放可以有效的減少＞40%。廢舊鋰電池資源的再生利用是節(jié)能減排的主力軍，具有巨大的社會(huì)價(jià)值。

2 廢舊動(dòng)力電池回收利用相關(guān)政策與標(biāo)準(zhǔn)

中國(guó)作為全世界最大的鋰電池的生產(chǎn)與消費(fèi)地，針對(duì)廢舊動(dòng)力電池的回收與利用，國(guó)家早已進(jìn)行布局與政策的調(diào)控。自2012 年開始，國(guó)家?guī)缀趺磕甓荚诔雠_(tái)相關(guān)的政策與標(biāo)準(zhǔn)來(lái)調(diào)控廢舊動(dòng)力電池的回收與利用。政策與標(biāo)準(zhǔn)涉及動(dòng)力電池生產(chǎn)、編碼溯源、回收拆解、回收再生及網(wǎng)點(diǎn)建設(shè)等。現(xiàn)有的政策與法規(guī)建立起完善的回收利用理論框架，并指明今后回收利用的方向。

1、明確動(dòng)力蓄電池回收主體職責(zé)；

在《新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用管理暫行辦法》中落實(shí)了生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度，汽車生產(chǎn)企業(yè)承擔(dān)動(dòng)力蓄電池回收的主體責(zé)任。汽車生產(chǎn)企業(yè)者在動(dòng)力蓄電池的全生命周期中都需履行該責(zé)任。

2、搭建動(dòng)力蓄電池回收利用溯源管理體系；

《新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用管理暫行辦法》提出建立溯源管理平臺(tái)，對(duì)動(dòng)力蓄電池的生產(chǎn)、銷售、使用、報(bào)廢、回收、利用等全過(guò)程以及各環(huán)節(jié)的責(zé)任主體要進(jìn)行信息采集與監(jiān)控。《新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用溯源管理暫行規(guī)定》與《汽車動(dòng)力蓄電池編碼規(guī)則》則依托溯源管理平臺(tái)，對(duì)蓄電池回收利用溯源管理體系搭建進(jìn)行細(xì)化的指導(dǎo)。

圖2 動(dòng)力電池回收利用相關(guān)政策

3、完善蓄電池回收利用試點(diǎn)與網(wǎng)點(diǎn)建設(shè)；

《新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)建設(shè)與運(yùn)營(yíng)指南》等政策的出臺(tái)，動(dòng)力蓄電池回收利用試點(diǎn)與網(wǎng)點(diǎn)指導(dǎo)法規(guī)的完善、工作的不斷開展，標(biāo)志著國(guó)家進(jìn)入廢舊蓄動(dòng)力電池回收利用大規(guī)模實(shí)施階段，并逐漸走上快車道。

4、出臺(tái)蓄電池回收利用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；

GB/T 33598-2017、GB/T 34015-2017、GB/T 38698.1-2020 等標(biāo)準(zhǔn)分別對(duì)動(dòng)力蓄電池的回收利用拆解、余能檢測(cè)和運(yùn)輸?shù)确绞脚c方法建立了技術(shù)規(guī)范，有助于廢舊動(dòng)力蓄電池的安全且合理的回收利用。

在逐漸成熟政策與標(biāo)準(zhǔn)體系保障與指導(dǎo)下，廢舊動(dòng)力蓄電池回收與利用行業(yè)會(huì)更加正規(guī)與健康發(fā)展；（表1）

表1 動(dòng)力電池回收利用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

3 廢舊動(dòng)力電池回收再生利用現(xiàn)狀

廢舊動(dòng)力電池回收再生利用行業(yè)當(dāng)前處于群雄紛起、飛速發(fā)展階段。國(guó)內(nèi)的回收再生的上下游供應(yīng)商紛紛涌入這一行業(yè)，其中的典型為：寧德時(shí)代、天能電池為代表的下游電池生產(chǎn)商，例如寧德時(shí)代持股邦普循環(huán)積極布局上游的材料，在保證材料資源的前提下提升自己產(chǎn)品的利潤(rùn)；賽德美、格林美為代表的專業(yè)動(dòng)力電池回收利用企業(yè)；華友鈷業(yè)、贛州豪鵬為代表的上游材料廠商。

除此外合作共贏也是該行業(yè)發(fā)展的主旋律：整車廠、電池廠、專業(yè)動(dòng)力電池回收利用企業(yè)和材料企業(yè)等主動(dòng)進(jìn)行合作，建立戰(zhàn)略聯(lián)盟；例如：多家整車廠、電池廠與第三方回收利用企業(yè)格林美進(jìn)行綁定，整合彼此資源，進(jìn)行廢舊動(dòng)力電池回收利用。加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)間的合作，電池廠與整車廠可以有效減小對(duì)電池材料的依賴，保證資源的穩(wěn)定供應(yīng)。第三方回收利用企業(yè)則可以實(shí)現(xiàn)廢舊電池包資源的獲取，擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)規(guī)模。

廢舊動(dòng)力電池回收再生的新技術(shù)與全自動(dòng)設(shè)備發(fā)展也隨著行業(yè)的發(fā)展而迅速提高。回收再生的完整流程可以簡(jiǎn)單拆分為兩大部分：

1、廢舊動(dòng)力電池前期預(yù)處理：放電、拆解金屬外殼和分離電極材料；

行業(yè)內(nèi)常用的放電方式主要有浸泡法、穿孔放電、電阻消耗等。拆解金屬外殼后將拆解后的電芯及極片廢料放入粉碎機(jī)粉碎后，通過(guò)物理法（磁選、風(fēng)選、浮選等）或化學(xué)法（熱處理法、酸堿溶劑法、有機(jī)溶劑法等）將活性物質(zhì)、集流體、膈膜等材料進(jìn)行分離。

目前國(guó)內(nèi)的拆解再生回收技術(shù)正日漸成熟，格林美、邦普等企業(yè)通過(guò)利用其具有的規(guī)模優(yōu)勢(shì)并加強(qiáng)與自動(dòng)化設(shè)備商間合作，現(xiàn)全自動(dòng)化成套設(shè)備已在生產(chǎn)利用階段。在未來(lái)兼?zhèn)浣?jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性及綠色性的前期預(yù)處理工藝是回收利用的重中之重。

2、廢舊動(dòng)力電池中金屬的分選、富集與分離提純；

分離廢舊動(dòng)力電池中的金屬，相較于國(guó)內(nèi)，國(guó)外回收工藝則以火法冶金為主。將以上預(yù)處理完成的活性物質(zhì)放置在焚燒爐中進(jìn)行高溫處理，去除有機(jī)物、火法熔煉得到金屬合金，最終通過(guò)萃取/ 浸出得到鎳/ 鈷化合物。國(guó)外知名的鋰電池再生企業(yè)有：日本 Mitsubishi、法國(guó) Recupyl和美國(guó) Retriev Technologies 等。

國(guó)內(nèi)的再生利用則以濕法冶金與物理修復(fù)為主。濕法冶金則是通過(guò)化學(xué)溶劑將活性物質(zhì)選擇性溶解后，富集并分離浸出液中的金屬元素；針對(duì)濕法冶金，湖南邦普開發(fā)了“定向循環(huán)和逆向產(chǎn)品定位”工藝，湖北格林美開發(fā)“液相合成和高溫合成”工藝。物理修復(fù)方面，賽德美通過(guò)與高校進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作，基于電池失效的模式與修復(fù)手段結(jié)合；通過(guò)增加鋰源和相轉(zhuǎn)變的合成方式對(duì)正極粉料進(jìn)行短流程、高質(zhì)量的回收再生。

4 廢舊動(dòng)力電池回收再生利用建議

雖然當(dāng)前動(dòng)力電池的回收與再生利用依然存在一定的技術(shù)掣肘，但是回收再生的經(jīng)濟(jì)性與社會(huì)價(jià)值已經(jīng)凸顯。因此根據(jù)當(dāng)前動(dòng)力電池回收與再生的現(xiàn)狀，提升方法可以從以下幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行思考：

1、當(dāng)前的回收技術(shù)方面，動(dòng)力電池回收工藝已經(jīng)相對(duì)成熟，但是自動(dòng)化的水平還需要進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，尤其需要開發(fā)退役動(dòng)力電池快速檢測(cè)技術(shù)、殘值評(píng)估與失效類型甄別技術(shù)及分散收集、入庫(kù)暫存、快速分選、集中轉(zhuǎn)運(yùn)于一體的廢舊動(dòng)力蓄電池平臺(tái)系統(tǒng)；

2、回收中心與網(wǎng)點(diǎn)建設(shè)是支撐，處理配套產(chǎn)業(yè)是關(guān)鍵；在國(guó)家的頂層設(shè)計(jì)下，以動(dòng)力電池生產(chǎn)商、新能源汽車制造商、廢舊電池處理商及其他相關(guān)方應(yīng)建立高效精細(xì)回收體系。仍需考慮與回收體系相結(jié)合的前端（廢舊動(dòng)力電池處置廠）、后端（金屬冶煉回收系統(tǒng)）等配套產(chǎn)業(yè)的建設(shè)。

3、對(duì)于廢舊動(dòng)力電池的回收再生利用的發(fā)展與普及，消費(fèi)者這一個(gè)關(guān)鍵的責(zé)任主體不容忽視。需要強(qiáng)化消費(fèi)者的參與意識(shí)，引導(dǎo)消費(fèi)者樹立正確的觀念：相關(guān)的公眾參與規(guī)范當(dāng)前還有所缺失，可以參考垃圾分類推廣經(jīng)驗(yàn)來(lái)發(fā)布回收規(guī)范來(lái)鼓勵(lì)消費(fèi)者將廢舊的動(dòng)力電池交還，進(jìn)行回收利用，責(zé)任、義務(wù)和法律三者間的相互交融是推動(dòng)廢舊電池回收利用正規(guī)化的強(qiáng)大力量。

5 結(jié)語(yǔ)

鋰離子電池新技術(shù)的發(fā)展吸引著社會(huì)廣泛關(guān)注，但是廢舊動(dòng)力鋰電池的回收與再生利用也同樣重要。對(duì)于廢舊動(dòng)力電池的回收與利用，其具有的經(jīng)濟(jì)性僅僅是需要大力推廣的部分原因，合理的處置對(duì)環(huán)境安全、可持續(xù)發(fā)展背后具有的社會(huì)價(jià)值依然巨大。當(dāng)前回收再生利用技術(shù)較之前有著巨大的進(jìn)步，設(shè)備自動(dòng)化程度增加、傳統(tǒng)工藝向定制化、短流程、低成本工藝突破。廢舊動(dòng)力動(dòng)力電池的工藝與效率依然不足以支撐當(dāng)前龐大的市場(chǎng)，但是在未來(lái)隨著回收再生的技術(shù)突破以及全閉環(huán)的回收體系的建立，在更加全面深入的政策與標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，廢舊動(dòng)力動(dòng)力電池的回收與再生行業(yè)會(huì)蓬勃發(fā)展。