電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池回收概述

梁秋陽(yáng)　岳亮亮　張鵬　高恒

【摘? 要】動(dòng)力電池是新能源汽車(chē)重要零部件，隨著新能源汽車(chē)不斷普及，動(dòng)力電池的回收是當(dāng)前階段急需解決的問(wèn)題，也倍受?chē)?guó)家重視。中國(guó)不斷出臺(tái)相關(guān)政策來(lái)規(guī)范電池回收，同時(shí)不同的企業(yè)也分別制定適合自己的電池回收策略。本文將對(duì)國(guó)內(nèi)外關(guān)于動(dòng)力電池回收政策、體系以及相關(guān)企業(yè)回收策略進(jìn)行總結(jié)，同時(shí)對(duì)于現(xiàn)有針對(duì)電池回收后的電極處理方法進(jìn)行總結(jié)歸納，并對(duì)今后的發(fā)展方向進(jìn)行展望。

【關(guān)鍵詞】新能源汽車(chē)；動(dòng)力電池回收；回收政策體系；回收方法

中圖分類(lèi)號(hào)：U469.72? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1003-8639（ 2023 ）06-0008-04

Overview of Electric Vehicle Power Battery Recycling

LIANG Qiu-yang YUE Liang-liang ZHANG Peng GAO Heng

（1.SGM Wuhan Co.，Ltd.，Wuhan 430200；

2.Pan Asia Technical Automotive Center Co.，Ltd.，Shanghai 200129，China）

【Abstract】Power battery is an important part of new energy vehicles，with the increasing popularity of new energy vehicles，the recovery of power battery is the current stage of the urgent need to solve the problem，but also much national attention. The relevant policies are constantly introduced to standardize battery recycling，while different enterprises develop their own battery recycling strategies. This paper will summarize the domestic and foreign policies，systems and recycling strategies of related enterprises on power battery recycling，and summarize the existing electrode treatment methods for battery recycling，and prospect the future development direction.

【Key words】new energy vehicle；power battery recycling；recycling policy system；recycling method

隨著人們對(duì)環(huán)境污染與能源存量問(wèn)題的關(guān)注，越來(lái)越多的新能源車(chē)企嶄露頭角。當(dāng)前新能源汽車(chē)大多采用動(dòng)力電池的方式來(lái)提供動(dòng)力，相較于燃油車(chē)依靠不可再生的石油來(lái)提供動(dòng)力，新能源汽車(chē)在提高燃料經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)可以減少對(duì)環(huán)境的污染。從2015年開(kāi)始，新能源汽車(chē)在全球范圍內(nèi)的銷(xiāo)量迅速增長(zhǎng)，到2021年，全球電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)售量達(dá)到610萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)109%，其中中國(guó)銷(xiāo)售量為353.3萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)157.57%，預(yù)計(jì)2025年，全球電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量將達(dá)到2400萬(wàn)輛，中國(guó)銷(xiāo)售量預(yù)計(jì)達(dá)到1181萬(wàn)輛。

動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車(chē)的心臟，為其提供動(dòng)力來(lái)源。對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)來(lái)說(shuō)，動(dòng)力電池的性能參數(shù)決定著電動(dòng)汽車(chē)的相關(guān)參數(shù)。比如，動(dòng)力電池的容量決定著電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程，動(dòng)力電池材料的選擇影響著整個(gè)汽車(chē)的成本、安全性等。正常情況下，動(dòng)力電池隨著使用年數(shù)的增加，其容量會(huì)慢慢衰減，當(dāng)衰減到一定程度就會(huì)達(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前，隨著電動(dòng)汽車(chē)的不斷推廣，越來(lái)越多的人選擇電動(dòng)汽車(chē)，也會(huì)有越來(lái)越多的動(dòng)力電池面臨報(bào)廢，而廢舊電池中含有一些環(huán)境污染物，同時(shí)也含有一些可以回收利用的電極材料，因此，如何正確處理廢舊電池是當(dāng)前急需解決的問(wèn)題?？梢詮暮暧^和微觀方面入手，在宏觀方面，各國(guó)不斷出臺(tái)更新關(guān)于動(dòng)力電池處理的政策，同時(shí)，在國(guó)家政策下，各大企業(yè)也制定出適合自己的電池回收策略；在微觀方面，對(duì)于動(dòng)力電池中廢舊材料的回收方法也有越來(lái)越多的研究正在尋找更加高效、高利用率的回收提取方法。

1? 動(dòng)力電池回收政策及回收體系研究

1.1? 國(guó)外動(dòng)力電池回收政策及回收體系

1）日本很早就規(guī)范了電池回收利用。日本提出了“電池生產(chǎn)-銷(xiāo)售-回收-再生處理”電池回收體系，并對(duì)此不斷完善，形成了相對(duì)比較成熟的動(dòng)力電池回收體系。日本國(guó)土資源比較匱乏，所以日本對(duì)于資源的循環(huán)利用方面比較重視，因此也比較鼓勵(lì)發(fā)展新能源汽車(chē)。

2）美國(guó)歷來(lái)重視環(huán)境管理工作，對(duì)廢電池的回收有嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)范，同時(shí)實(shí)行對(duì)生產(chǎn)者責(zé)任延長(zhǎng)制度和押金制度。例如電池銷(xiāo)售時(shí)以附加環(huán)境費(fèi)的方式向消費(fèi)者征收一定的費(fèi)用，作為動(dòng)力電池口征收利用費(fèi)金的支持，同時(shí)在動(dòng)力電池企業(yè)銷(xiāo)售精制回收原材料時(shí)給予一定的價(jià)格保障，保證電池回收企業(yè)的利益，從而促進(jìn)電池回收利用的健康發(fā)展。

3）歐盟亦是最早關(guān)注電池回收并采取措施的地區(qū)之一，最早在20世紀(jì)80年代，歐洲就有國(guó)家頒發(fā)了一些關(guān)于電池回收管理的法規(guī)。1991年，歐盟頒布《廢舊電池管理指令》，該指令指出對(duì)于廢舊電池，必須標(biāo)明各成分含量，同時(shí)表明此廢舊電池的回收要求，為使用者對(duì)其處置提供參考。

1.2? 國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池回收政策及回收體系

1.2.1? 回收政策

中國(guó)動(dòng)力電池回收政策經(jīng)歷3大發(fā)展階段，大型化、規(guī)范化是其主要的發(fā)展方向。動(dòng)力電池回收政策高頻發(fā)布，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)出臺(tái)，規(guī)范化程度持續(xù)提升，為行業(yè)市場(chǎng)空間釋放提供保障[1-2]。下面針對(duì)動(dòng)力電池回收政策經(jīng)歷的3個(gè)發(fā)展階段進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1）2012～2015年：電池回收開(kāi)始被政策提及，但只作為新能源汽車(chē)政策文件的部分條款出現(xiàn)，缺乏體系化政策，電池也尚未形成主流技術(shù)路線，梯次利用為重點(diǎn)思路之一。

2）2015～2018年：進(jìn)入專(zhuān)題政策階段，國(guó)家針對(duì)動(dòng)力電池回收陸續(xù)出臺(tái)多項(xiàng)政策、方法，對(duì)回收利用管理、回收技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)作出詳細(xì)規(guī)定。

3）2018年至今：政策出臺(tái)速度明顯加速，開(kāi)始密集發(fā)布各項(xiàng)管理辦法，增加試點(diǎn)項(xiàng)目，追加電池溯源管理，提高行業(yè)規(guī)范度，助力清理整治行業(yè)生態(tài)亂象。溯源管理下，國(guó)家溯源平臺(tái)共收錄新能源汽車(chē)配套各類(lèi)電池總量超過(guò)890萬(wàn)包，電池流向逐步有跡可循。

此外，在規(guī)范化和專(zhuān)業(yè)化的基礎(chǔ)上，動(dòng)力電池回收也趨向于大型化。2021年底《關(guān)于完善資源綜合利用增值稅政策的公告》要求從事再生資源回收的增值稅一般納稅人繳納3%增值稅，壓低了小作坊的利潤(rùn)空間，增加了其生存難度，正規(guī)回收企業(yè)的市場(chǎng)份額有望增大。中國(guó)新能源動(dòng)力電池回收政策時(shí)間圖見(jiàn)圖1。

1.2.2? 回收體系

目前市場(chǎng)上新能源汽車(chē)動(dòng)力電池主要有兩大類(lèi)型：磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池。三元材料電池與磷酸鐵鋰電池為行業(yè)主流，且三元電池因其金屬含量更高，回收經(jīng)濟(jì)性更強(qiáng)。從電池回收的角度來(lái)看，三元電池中鎳鈷含量更高，回收經(jīng)濟(jì)性也更強(qiáng)，而磷酸鐵鋰電池目前仍主要通過(guò)梯次利用的形式進(jìn)行回收利用，并出現(xiàn)直接進(jìn)入再生利用階段的趨勢(shì)。

1）磷酸鐵鋰電池回收。磷酸鐵鋰電池通過(guò)梯次利用與再生利用途徑進(jìn)行，隨著動(dòng)力電池的使用時(shí)間增加，電解液和活性物質(zhì)逐漸被消耗，且易生成鋰樹(shù)枝晶，容量逐步降低。對(duì)于動(dòng)力鋰電池組，當(dāng)其中一部分電芯的容量衰減較快以致該部分電芯容量過(guò)低，電池電量將不能穩(wěn)定輸出，易導(dǎo)致安全問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)電芯衰減情況，動(dòng)力電池容量衰減至80%以下時(shí)需要退出使用，進(jìn)入回收利用期。磷酸鐵鋰電池容量降為20%～80%時(shí)為輕度報(bào)廢，可以進(jìn)入梯次利用階段，用于儲(chǔ)能、通信基站以及用戶(hù)側(cè)；容量降為20%以下時(shí)為重度報(bào)廢，將進(jìn)入再生利用階段。未來(lái)在直接進(jìn)入再生利用階段的趨勢(shì)下，磷酸鐵鋰電池容量下降至80%以下時(shí)，直接進(jìn)入再生利用的比例或?qū)⒊掷m(xù)提升。磷酸鐵鋰電池回收體系如圖2所示。

2）三元鋰電池回收。三元材料電池梯次利用價(jià)值微弱，主要以再生利用為回收途徑，報(bào)廢拆解收益顯著。目前，三元材料電池的實(shí)際循環(huán)次數(shù)為800次左右，而磷酸鐵鋰電池循環(huán)次數(shù)已達(dá)到2000次。當(dāng)進(jìn)入80%容量以下的衰減期后，三元材料電池將以更快的速度衰減，因此其梯次利用回收價(jià)值微弱。相對(duì)于三元材料電池，磷酸鐵鋰電池的高循環(huán)次數(shù)疊加低衰減速度帶來(lái)其梯次利用的高收益。三元材料電池包含鋰、鈷、鎳等多種金屬，且鋰含量超過(guò)7%，較對(duì)于磷酸鐵鋰電池鋰含量更顯著。通過(guò)電池回收，金屬可再次利用，且近年來(lái)金屬價(jià)格攀升，三元材料電池的拆解回收價(jià)值將成為其回收利潤(rùn)主要來(lái)源。三元鋰電池回收體系如圖3所示。

2? 各類(lèi)企業(yè)動(dòng)力電池回收策略

2.1? 金屬冶金企業(yè)電池回收情況

針對(duì)動(dòng)力電池回收，隨著國(guó)家政策陸續(xù)出臺(tái)，金屬冶煉企業(yè)紛紛入局電池回收，以完善自身產(chǎn)業(yè)鏈布局，例如華友鈷業(yè)、贛鋒鋰業(yè)、格林美、騰遠(yuǎn)鈷業(yè)等，此類(lèi)企業(yè)由于深耕金屬冶煉，往往具備技術(shù)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)其中部分企業(yè)由于同下游正極材料廠、電池廠等密切合作，因此亦具備一定的渠道優(yōu)勢(shì)[3]。表1為金屬冶金企業(yè)動(dòng)力電池回收模式。

2.2? 動(dòng)力電池企業(yè)回收情況

除此之外，動(dòng)力電池制造企業(yè)也有針對(duì)動(dòng)力電池回收策略。表2為相關(guān)動(dòng)力電池制造企業(yè)電池回收模式[4-5]。

2.3? 車(chē)企電池回收情況

生產(chǎn)者責(zé)任延伸制亦要求汽車(chē)與電池生產(chǎn)方回收利用報(bào)廢電池，自身渠道優(yōu)勢(shì)保障企業(yè)電池來(lái)源[6]。隨著《生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度推行方案》出爐，一系列政策相繼印發(fā)，旨在鼓勵(lì)汽車(chē)與電池生產(chǎn)方建立自身電池回收點(diǎn)，增加電池回收業(yè)務(wù)。生產(chǎn)企業(yè)擁有自身報(bào)廢電池穩(wěn)定來(lái)源，布局電池回收業(yè)務(wù)在響應(yīng)政策呼吁的同時(shí)，完善產(chǎn)業(yè)鏈、穩(wěn)定公司發(fā)展，在資金、技術(shù)支持下，有望提高在回收領(lǐng)域的話(huà)語(yǔ)權(quán)。表3為中國(guó)主要車(chē)企關(guān)于動(dòng)力電池回收策略。

車(chē)企作為動(dòng)力電池回收的主體，主導(dǎo)著整個(gè)產(chǎn)業(yè)的節(jié)奏和進(jìn)程，其戰(zhàn)略的制定和實(shí)施對(duì)于其他參與者來(lái)說(shuō)影響深遠(yuǎn)，從表3可以看出國(guó)內(nèi)主流車(chē)企在動(dòng)力電池回收上的共通點(diǎn)：一是目前車(chē)企的回收途徑主要都選擇設(shè)立動(dòng)力電池回收服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)，主要的回收模式是采用自建回收站點(diǎn)和合作建立回收站點(diǎn)；二是在回收的戰(zhàn)略布局上，獨(dú)自?shī)^斗的車(chē)企很少，大多采用合作的方式，共同發(fā)展。

3? 動(dòng)力電池回收方法研究

3.1? 正極材料回收

動(dòng)力電池整體回收流程主要分為3個(gè)過(guò)程[7]：預(yù)處理過(guò)程、分離提取過(guò)程和產(chǎn)品制備過(guò)程，其中以分離提取過(guò)程為企業(yè)技術(shù)差異化核心。預(yù)處理過(guò)程是將廢舊鋰電池放入食鹽水中放電，去除電池的外包裝和金屬鋼殼得到里面的電芯。通過(guò)火法冶金、濕法冶金、生物冶金過(guò)程，可以提取得到鎳鈷合金與鎳/鈷/鋰溶液，在直接再生技術(shù)下，制備出金屬鹽前驅(qū)體。分離提取過(guò)程關(guān)系到拆解后的各類(lèi)廢料中高價(jià)值組分的回收率，影響提純度與回收價(jià)值；提取過(guò)程所用輔助材料作為企業(yè)成本之一，影響企業(yè)回收利潤(rùn)；提純度疊加回收成本，使分離提取過(guò)程成為企業(yè)技術(shù)研發(fā)核心領(lǐng)域。

目前，動(dòng)力電池回收方法主要包括干法回收、濕法回收、生物技術(shù)回收。濕法技術(shù)相對(duì)成熟，回收得到的金屬鹽、氧化物等產(chǎn)品純度能夠達(dá)到生產(chǎn)動(dòng)力電池材料的品質(zhì)要求。濕法回收工藝以其回收率高、金屬純度高的優(yōu)勢(shì)，正日漸成為企業(yè)采用的主流技術(shù)路線[8-9]。

相較于濕法技術(shù)，干法技術(shù)雖然回收量大，但有更多的能耗與環(huán)境污染的成本，且純度低，對(duì)技術(shù)要求高。生物回收技術(shù)需依靠微生物浸出，目前微生物菌類(lèi)培養(yǎng)困難，浸出環(huán)境要求高，容易帶來(lái)高昂的研發(fā)成本。當(dāng)前國(guó)內(nèi)大型企業(yè)大多采用濕法技術(shù)路線作為金屬資源回收的主要技術(shù)[10]。濕法冶金圖流程如圖4所示。

3.2? 負(fù)極材料回收

目前，對(duì)于鋰離子電池正極材料回收研究較多，并且取得了很多進(jìn)展，但鋰離子電池負(fù)極材料回收相對(duì)薄弱。隨著生態(tài)保護(hù)、節(jié)能減排等不斷深入，鋰離子電池負(fù)極材料回收利用也日益受到重視。當(dāng)前關(guān)于鋰離子電池負(fù)極材料回收方法研究中，主要包括浮選法回收、熱處理回收、濕法冶金回收、火法冶金回收等[11-15]。其中，浮選法回收與熱處理回收屬于負(fù)極材料回收方法中的物理法，而濕法冶金與火法冶金屬于化學(xué)法。

1）浮選法回收是利用物質(zhì)本身的潤(rùn)濕性差異，或者利用捕收劑、起泡劑和調(diào)整劑的作用，選擇性地將疏水材料與親水材料分開(kāi)。

2）熱處理回收是將廢舊鋰離子電池負(fù)極置于一定高溫區(qū)間使黏合劑揮發(fā)或分解，使銅箔集流體與負(fù)極活性物質(zhì)石墨粉得以分離。

3）濕法冶金回收是基于廢鋰離子電池中的金屬能夠溶解于酸性、堿性溶液或其他溶劑，將金屬轉(zhuǎn)移至溶液中，進(jìn)而采用過(guò)濾分離或離心分離的方式將石墨與其他金屬物質(zhì)分開(kāi)。

4）火法冶金回收是將經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的廢電極粉末高溫處理，去除有機(jī)物的同時(shí)使粉末中金屬及其氧化物發(fā)生氧化還原反應(yīng)得到合金和爐渣，是處理廢電池的常用方法之一。

4? 總結(jié)與展望

在回收政策方面，國(guó)外關(guān)于動(dòng)力電池回收相關(guān)的法律法規(guī)頒發(fā)比較早，相對(duì)比較成熟，主要是提高電池生產(chǎn)制造要求、消費(fèi)者納稅、規(guī)范電池回收方等方面，而中國(guó)的回收政策主要是從動(dòng)力電池回收方著手，規(guī)范了電池回收方對(duì)動(dòng)力電池回收的方法、要求、標(biāo)準(zhǔn)等，后續(xù)也可參考國(guó)外相關(guān)政策，比如從動(dòng)力電池生產(chǎn)入手，要求在電池生產(chǎn)時(shí)盡量選用對(duì)人體、環(huán)境危害更小的材料，同時(shí)也可在消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)時(shí)先預(yù)付電池回收征收費(fèi)用，以便提高動(dòng)力電池回收率。

在回收體系方面，中國(guó)當(dāng)前主要的回收體系主要為“梯次利用—再生利用”，梯次利用可以提高電池的利用率，減少資源的浪費(fèi)，再生利用可以通過(guò)提高材料的利用率來(lái)減少資源浪費(fèi)，同時(shí)減少對(duì)環(huán)境的污染，因此當(dāng)前的回收體系相對(duì)比較合理，后續(xù)也可以針對(duì)梯次利用和再生利用，制定更加詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)。

在企業(yè)回收策略方面，無(wú)論對(duì)于車(chē)企還是電池生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，單打獨(dú)斗者非常少，普遍趨勢(shì)是選擇“抱團(tuán)”合作。對(duì)于回收企業(yè)來(lái)說(shuō)，可預(yù)見(jiàn)的趨勢(shì)是：盡管車(chē)企扮演主體責(zé)任，但更多的回收工作將會(huì)由第三方企業(yè)來(lái)承擔(dān)。

在再生利用方法方面，正極材料的回收主要采用濕法回收，回收率高、金屬純度高，負(fù)極材料主要采用物理法和化學(xué)法，后續(xù)也可以探索更好的方法回收電極材料，提高材料的利用率。

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（編輯? 凌? 波）