新能源汽車動(dòng)力電池回收利用模式分析

無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 路 露

近年來，新能源汽車越來越受到人們的關(guān)注，電動(dòng)汽車市場發(fā)展規(guī)模日益龐大。然而動(dòng)力電池使用壽命一般僅為5年～6年，當(dāng)電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池容量衰減到80%時(shí)，就無法滿足電動(dòng)汽車的使用要求，這就意味著未來幾年會有大量動(dòng)力電池面臨報(bào)廢回收。如果回收處置不當(dāng)，不僅會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，也是對電池價(jià)值的巨大浪費(fèi)。因此，如何有效合理地利用退役動(dòng)力電池成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。目前常用的新能源汽車動(dòng)力電池再利用的方法主要有拆解回收和梯次利用兩類。

1 拆解回收

由于鋰離子動(dòng)力電池具有電容量大、能量密度高、循環(huán)性能好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于新能源汽車。鋰離子動(dòng)力電池電極材料中含有大量的重金屬，當(dāng)電池報(bào)廢時(shí)，如果不能進(jìn)行有效地拆解回收，不僅會造成資源浪費(fèi)，還會帶來環(huán)境問題。目前鋰離子動(dòng)力電池的拆解回收方法主要有物理法、生物法和化學(xué)法。物理法主要是通過機(jī)械處理，利用碾碎、篩分、磁分離等物理方法進(jìn)行電池組分的初步分離，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是工藝流程少、技術(shù)比較成熟，但是在篩選時(shí)，存在夾帶損失，而且很難實(shí)現(xiàn)金屬完全分離，導(dǎo)致回收并不徹底。生物法主要是利用氧化硫硫桿菌、嗜酸菌等微生物浸出，將有用成分轉(zhuǎn)化為可溶化合物來實(shí)現(xiàn)金屬組分的分離，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是環(huán)境污染小、菌種可重復(fù)利用，但是由于菌種的選擇困難、菌種培養(yǎng)周期長，導(dǎo)致回收的效率低?；瘜W(xué)法主要有火法處理和濕法處理兩類。其中火法處理是將電極材料進(jìn)行高溫熔融，從而提煉金屬，這種方法處理成本高、二次污染嚴(yán)重，而且無法回收金屬鋰，顯然并不適用于新能源汽車動(dòng)力電池的回收。另一種化學(xué)法是濕法回收，利用浸出液將金屬浸出至溶液，再進(jìn)行分離純化，這種方法成本較低、技術(shù)成熟，特別適用于中小規(guī)模鋰離子電池的回收。

下面以應(yīng)用較廣泛的三元鋰離子電池為例，探討如何采用濕法冶金技術(shù)進(jìn)行拆解回收。濕法冶金技術(shù)主要步驟包括前處理、預(yù)處理、酸（堿）液浸出、浸出液除雜、分離萃取及元素沉淀等。濕法回收工藝先對材料進(jìn)行預(yù)處理，再通過酸（堿）液浸出，將金屬以離子形式回收，通過分離萃取、元素沉淀提取金屬材料。如通過濕法回收工藝處理LiNi1-x-yCoxMnyO2正極電極材料，以硫酸作為浸出劑得到浸出液，再向浸出液中加入氧化劑高錳酸鉀，與三價(jià)錳離子發(fā)生選擇性反應(yīng)，得到二氧化錳、氫氧化錳沉淀，再通過丁二酮肟分離提取二價(jià)鎳離子。通過氫氧化鈉將鈷離子轉(zhuǎn)化成沉淀，再加入飽和碳酸鈉溶液，將剩余的鋰離子形成碳酸鋰沉淀，最終實(shí)現(xiàn)LiNi1-x-yCoxMnyO2正極電極材料中各金屬元素的回收。

2 梯次利用

新能源汽車動(dòng)力電池容量衰減到80%時(shí)，就會成為退役動(dòng)力電池。如果將退役動(dòng)力電池直接進(jìn)行拆解回收，會造成極大的資源浪費(fèi)。研究顯示，新能源汽車退役動(dòng)力電池仍有多達(dá)400次～1 000次的循環(huán)，雖然無法滿足新能源汽車的性能需求，但仍可梯次利用在其他場合發(fā)揮其作用，只有容量衰減很多（低于20%）的鋰離子動(dòng)力電池才會直接送往具備相關(guān)資質(zhì)的企業(yè)進(jìn)行拆解回收。對于容量衰減較少的退役動(dòng)力電池，可以通過篩選、修復(fù)、增容等技術(shù)處理，用于低能耗車輛。無法滿足車輛能耗的動(dòng)力電池也可應(yīng)用于可再生能源發(fā)電、小型蓄能電站、智能電網(wǎng)的削峰填谷、微網(wǎng)、電動(dòng)汽車充換電站、家庭備用電源等領(lǐng)域，在一定程度上降低電池儲能系統(tǒng)的成本，優(yōu)化儲能配置，對于促進(jìn)電池儲能在我國的發(fā)展應(yīng)用具有積極的作用。對退役動(dòng)力電池進(jìn)行梯次利用，延長了電池的使用壽命、發(fā)揮了電池的容量價(jià)值、緩解了大量電池回收工作的壓力，分?jǐn)偭讼M(fèi)者的使用成本，具有重要的社會意義和經(jīng)濟(jì)效益。

從新能源汽車上回收的退役動(dòng)力電池的容量、內(nèi)阻、自放電率及二次循環(huán)壽命等技術(shù)指標(biāo)都不同于新電池，故而無法直接應(yīng)用于其他領(lǐng)域，因此要正確估計(jì)退役動(dòng)力電池的剩余價(jià)值，選擇具有電池一致性的單體電池，重組電池包，才能防止出現(xiàn)某一電化學(xué)儲能性質(zhì)較差的電池單體影響整個(gè)電池包的儲能性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)退役重組電池包的性能最大化。首先，無損拆解退役新能源汽車動(dòng)力電池組，獲得電池單體。如果在拆解過程中出現(xiàn)破損，則篩選出可再用的電池單體進(jìn)行修復(fù)，并重新充電，充電完畢后進(jìn)行性能檢測，篩選出額定電壓與實(shí)際電壓之差不大于0.02 V且實(shí)際容量不低于標(biāo)稱容量的70%的電池單體（測試過程可參照國標(biāo)GB/T 31467.2—2015），對不能達(dá)標(biāo)的電池單體進(jìn)行報(bào)廢處理。然后，再將篩選出的電池單體配對重組成動(dòng)力電池組，梯次利用于可再生能源發(fā)電、家庭備用電源等領(lǐng)域。

目前，國內(nèi)也有一些企業(yè)開展動(dòng)力電池梯次利用項(xiàng)目。如北京市的“梯次利用電池儲能系統(tǒng)示范工程”項(xiàng)目就是利用退役動(dòng)力電池實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)功率/電壓、備電。唐山供電公司通過退役動(dòng)力電池為用戶提供可靠和高質(zhì)量供電，實(shí)現(xiàn)削峰填谷離網(wǎng)運(yùn)行。中國電力科學(xué)研究院利用退役動(dòng)力電池實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電平滑調(diào)頻。

雖然目前新能源汽車退役電池的回收再利用已有了較成熟的方案，但退役電池的回收再利用技術(shù)難度高、資金投入大，導(dǎo)致很多企業(yè)望而卻步，所以目前國內(nèi)從事退役新能源汽車動(dòng)力電池回收再利用的企業(yè)還相對較少，導(dǎo)致動(dòng)力電池回收利用率仍然較低。因此，在新能源汽車動(dòng)力電池退役大潮來臨之前，還需要政府大力扶持，不斷完善相關(guān)技術(shù)規(guī)范，貫徹動(dòng)力電池全生命周期理念，以促進(jìn)新能源汽車動(dòng)力電池回收再利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。