新能源汽車廢舊電池污染及治理研究

高 燁

（烏魯木齊市機動車排污管理中心 新疆烏魯木齊 830000）

引言

2022 年，我國新能源汽車保有量為1310 萬輛，占汽車總量的4.1%，新能源汽車保有量較2021 年增長了67.13%，新能源汽車呈現高速增長態勢。新能源汽車的快速增長，也帶動了新能源電池的生產、使用。根據國家標準，當新能源汽車動力電池剩余80%容量時，即可“退役”，因此我國有一大批新能源汽車動力蓄電池也進入了規模化退役期[1]。

據統計，2022 年我國退役動力電池達53 萬t（見表1），到2028 年這一數據或將超過260 萬t/a。由于“退役”的新能源汽車電池中含有電解液、重金屬等物質，隨意丟棄至周邊環境，暴露在空氣中，電池中含有的多種揮發性有機物、具有腐蝕性含氟化合物，不僅會破壞生態環境，還會污染水體、土壤。

表1 2018～2022年我國新能源汽車保有量及“退役”電池量情況

為有效回收處理“退役”電池，我國有關部門聯合發起了“十城千輛節能與新能源汽車示范推廣應用工程”，計劃分3 批次、在深圳、合肥、北京等25 個城市試點集中開展動力蓄電池回收工作。此外，《工業領域碳達峰實施方案》也提出要推動新能源汽車動力電池回收利用體系建設。

1 新能源汽車廢舊電池污染物成分

從動力電池類型來看，新能源汽車的動力電池類型有鉛酸電池、鋰電池、鎳氫和鎳鎘電池[2]。目前，絕大多數新能源汽車采用鋰電池作為動力電池。鋰電池是以鋰離子聚合物為電池材料，具有壽命長、容量大等特點，但廢舊車用鋰電池如果處置不當，也會給周圍環境產生污染問題。

鋰電池由正極材料、負極材料、電解質、電解液和隔膜組成。其中，正極材料通常是由磷酸鐵鋰和三元鋰聚合物組成；負極材料主要是碳系；電解質為LiPF6；電解質主要是碳酸脂類。不同的組分元素，其構成成份及潛在風險不同，詳見表2。

表2 新能源汽車廢舊電池成分及質量估算[3]

從表2 可知，無論是碳酸鋰電池，還是三元鋰電池，電池組件中的一些成分都具有危害性。如，活性正極中含有的鎳、錳、鈷等重金屬元素，處置不當，隨意丟棄在自然環境中會使土壤環境重金屬污染物含量增大。含聚氟偏乙烯粘合劑在高溫條件下會釋放出氟碳、氟化氫等有毒有機物，影響動植物生長；含LiPF6電解質長期暴露于空氣環境中會分解釋放PF5腐蝕性有毒氣體；碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯電解液對皮膚、眼睛及呼吸系統均具有刺激作用，不慎入眼或呼吸系統，會損傷眼睛和呼吸道；塑料制品自然條件下不易分解會大量累積，影響土壤生態系統功能，破壞生態環境。從新能源汽車廢舊電池成分質量比來看，碳酸鐵鋰電池中的活性正極、石墨和銅、鋁、電解液占比較大，三元鋰電池則是活性正極、石墨、銅、電解液占比較大。因此，需采取有效措施，降低新能源汽車廢舊鋰電池中的鎳、錳、鈷等重金屬元素，以及電解液污染。

2 新能源汽車廢舊電池污染成因及危害

根據新能源汽車廢舊鋰離子電池組成及其加工生產流程，廢舊鋰電池污染環境的成因主要有正負極材料、電解液、固體垃圾3 種類型。

2.1 正負極材料

廢舊鋰離子電池正負極材料中含有很多具有一定污染環境的物質材料。其中，正極材料中雖含有三元材料、鈷酸鋰、碳酸鐵鋰、鎳鈷鋁酸鋰等材料，但沒有重金屬元素，因此與傳統鉛酸電池相比，廢舊鋰電池正極材料環境危害較小，屬輕度污染型[4]。負極材料中含有大量硅基、錫基材料及石墨、鈦酸鋰等，其中石墨為天然石墨或人工制成石墨，一般利用浮選回收工藝，會造成一定程度的環境污染，但污染相對較輕，屬輕度污染型。

2.2 電解液

新能源汽車廢舊鋰電池中的電解液是由鉀鹽和有機溶劑組成。廢舊鋰電池中含醚類、酯類、碳酸脂類有機溶劑，如二甲氧基乙烷（DME）、碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）等；六氟砷酸鋰（LiAsF6）、六氟磷酸鋰（LPF6）、高氯酸鋰（LiClO4）、四氟硼酸鋰（LiBF4）等電解質鋰鹽；聯苯（BP）、乙酸乙酯（EA）和碳酸亞乙烯酯（VC）等添加劑。電解液中碳酸二甲酯具有輕度污染，六氟磷酸鋰遇水會產生具有毒性的氟化氫，與空氣混合后易爆炸。

除此之外，進入環境的電解質鋰鹽會發生分解、水解、燃燒等化學反應，產生含氟、磷、砷等化合物，造成氟/磷/砷污染，而且這些有害物質溶于水還會加劇水源污染，危害人體健康。新能源廢舊鋰離子電池電解液組分及危害如表3所示。

表3 新能源廢舊鋰離子電池電解液組分及危害[5]

2.3 固體垃圾

新能源廢舊鋰電池拆解會產生固體垃圾。其中，外殼材料固體垃圾有鋁殼、鋼殼、塑料殼、鋁塑膜，且外殼材料中的塑料殼、鋁塑膜會造成白色污染，難以分解，對環境的危害較久；粘接劑產生的固體垃圾有聚偏氟乙烯（PVdF）、丁苯橡膠（SBR）、烯酸類等也會造成白色污染；聚烯烴類固體垃圾——微孔薄膜，屬于白色污染隔膜，也會產生白色污染。

由于這些白色污染大多為不可回收類廢品，如果直接倒入周邊土壤或長期堆放，夏季溫度較高時這些白色污染物未經遮擋或防護處置，會向周邊環境釋放出有毒有害氣體，造成大氣環境污染。另外，如果這些白色污染物類的固體垃圾堆放時間過久，還會與其他生活垃圾一起變質發酵、腐爛，產生細菌、寄生蟲以及惡臭氣味，不僅影響環境，而且會加大季節性傳染病的傳播風險。

3 新能源汽車廢舊電池污染防治措施

當前我國新能源汽車動力電池正進入集中“退役期”，越來越多的新能源廢舊電池需要處理。因此，廢舊電池已成為環境污染的一大隱患，需從技術、政策、機制等方面綜合施策，切實做好廢舊電池污染防治，為生態環境保護盡一份力。

3.1 優化廢舊電池全方位模式管理

目前，我國有關部門已在新能源汽車發展較快的城市，積極推進新能源汽車動力蓄電池回收工作，如廣州、深圳、合肥等地已在新能源廢舊電池管理方面積累了諸多成功經驗，形成較為典型的管理模式。

廢舊電池管理模式主要有綜合利用模式、互聯網回收模式、信息化管理模式、第三方評估模式和行業聯盟模式，因此可持續優化廢舊電池全方位管理模式，揚長避短，加以推廣。如，優化“互聯網+”綜合回收利用管理模式，利用互聯網、大數據，全面鏈接新能源廢舊電池回收網點、電池生產廠商、汽車整車生產商、資源回收利用企業及梯次利用企業，將回收的廢舊電池按照其狀況分別進行梯次利用或拆解利用，最大限度發揮其再利用價值，做好新能源汽車廢舊電池全產業鏈管理；同時，也可將這些管理模式方法進一步優化完善，著力構建符合更廣大地區城市廢舊電池管理，實現城市廢舊電池管理更加科學化、規范化。建立廢舊電池可追溯機制，壓實電池生產廠商、汽車企業回收責任。

建立廢舊電池信息共享平臺，利用信息技術，打造新能源汽車電池使用、報廢、轉移、存儲、利用、回收監督途徑。

3.2 強化廢舊電池全鏈條環境防治

從新能源汽車動力電池生產、使用及新技術探索等，全鏈條做好廢舊電池環境污染防治工作。首先，加大鎳、鋰、鈷、銅等礦產資源開采監管力度，提升礦產資源質量，提高電池原料品質。其次，妥善做好廢舊電池回收利用處理，積極推廣梯級利用模式，并利用廢舊電池余能檢測技術，按照《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》“優先梯級利用”原則，經檢測余能達80%以上的，可通過增容或修復提升其性能；余能低于80%，但高于20%的，可用于低端汽車或其他儲能領域；余能低于20%的，可直接對其做報廢并拆解處理。再次，做好余能降低廢舊電池的拆解回收，利用破碎浮選、機械研磨、有機溶劑溶解、微生物降解等方法，對廢舊電池進行拆解回收及處理，其中濕法冶金技術處理廢舊鋰電池應用效率高、能耗低，技術較成熟。最后，加強技術創新探索其他新能源汽車產業模式[6]，如鈉電池、鋁電池及氫能，可將氫作為能量載體，實現場景應用。

此外，還應積極推動廢舊電池回收利用技術，形成電池廠商、車企與回收企業電池生產與處置全鏈條管理，將生態環保理念和技術應用其中，延伸生產者責任機制。

3.3 制定廢舊電池污染防治政策

新能源汽車廣泛應用是時代發展進步的體現，也是生態環保理念在汽車領域具體且生動實踐。目前，針對廢舊電池污染防治，國家層面已出臺了一系列鼓勵性的政策措施，因此相關職能部門也應緊跟時代發展步伐，加快出臺具體的政策措施，尤其是新能源汽車廢舊電池回收方面的激勵政策，充分調動電池生產、經營和使用各方積極性，促進生產者、經營者和消費者參與到廢舊電池回收。

國家還要在財政、稅收、環保等方面，制定條例或規章制度，進一步明確廢舊電池回收責任主體，以及違反相關規定應承擔的責任；同時，加大環境管理及執法力度，進一步規范廢舊電池回收、拆解及利用流程，切實做好回收拆解環節生態環保措施，以及積極建立廢舊電池回收企業名錄，實行資格準入機制，規范行業管理。

結語

綜上，隨著我國新能源汽車的快速發展，大量退役廢舊動力電池所產生的環境問題凸顯。因此，在對新能源汽車廢舊電池污染治理時，既要全面分析廢舊電池污染物成分，了解不同成分的環境危害，還要把握廢舊電池的污染成因，然后在此基礎上，綜合施策，從技術、政策、機制等方面妥善處理好廢舊電池回收利用工作，切實做好污染防治工作，實現經濟發展與環境保護共贏。