廢舊動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持續(xù)發(fā)展的推動力量。不可再生能源的逐漸消耗將會造成能源枯竭，據(jù)專家估計目前勘探出來的石油儲量不足以支持人類使用100 年。與此同時不可再生資源的消耗過程中排放的二氧化碳等溫室氣體會形成溫室效應，導致全球變暖、洪澇災害增加等自然災害。我國領導人在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上的講話中宣布“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030 年前達到峰值，努力爭取2060 年前實現(xiàn)碳中和”的宏偉目標。

我國大力推廣新能源汽車，因為新能源汽車是交通出行能源變革的核心要素，以此期望減少化石能源的消耗與二氧化碳的排放。據(jù)統(tǒng)計，2021 年我國新能源車終端累計銷量為288.32 萬輛，較2020 年增長了110%。隨著新能源汽車的迅猛發(fā)展，動力電池后續(xù)回收與利用至關重要，據(jù)相關機構進行預測2022 年中國退役動力電池將達到55.38GWh，2025 年甚至會達到134.49GWh。批量廢舊動力電池回收在即，新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不僅需要前端的引導與扶持，更需要將工作重心轉移到后端。廢舊動力電池的回收再生利用需要進行產(chǎn)業(yè)規(guī)劃與綠色發(fā)展。

圖1 近年我國新能源動力電池退役規(guī)模預測

1 廢舊動力電池的危害與價值

廢舊動力電池中含有重金屬與有害物質，若不及時進行回收與處理，將會給環(huán)境帶來顯著的危害。例如廢舊動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環(huán)境造成的污染也不容小噓，電解液具有強腐蝕性，遇水會生成HF，氧化產(chǎn)生PO等有害物質。如果對廢舊的動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?shù)?，需根?jù)其特性采用專業(yè)的處理手段。

廢舊動力電池的回收再生有著巨大的經(jīng)濟價值與社會價值。以廢舊三元鋰電池為例，其中有價金屬主要是鎳、鈷、錳、鋰，平均質量占比分別為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)濟收入，且預計到2025 年會達到600 億元的市場空間。目前動力電池的碳足跡計算采用的是全生命周期法，廢舊動力電池中材料回收可減少碳排放。經(jīng)過專業(yè)的機構測算，回收再利用廢舊動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，具有巨大的社會價值。

2 廢舊動力電池回收利用相關政策與標準

中國作為全世界最大的鋰電池的生產(chǎn)與消費地，針對廢舊動力電池的回收與利用，國家早已進行布局與政策的調控。自2012 年開始，國家?guī)缀趺磕甓荚诔雠_相關的政策與標準來調控廢舊動力電池的回收與利用。政策與標準涉及動力電池生產(chǎn)、編碼溯源、回收拆解、回收再生及網(wǎng)點建設等?，F(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、明確動力蓄電池回收主體職責；

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

2、搭建動力蓄電池回收利用溯源管理體系；

《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》提出建立溯源管理平臺，對動力蓄電池的生產(chǎn)、銷售、使用、報廢、回收、利用等全過程以及各環(huán)節(jié)的責任主體要進行信息采集與監(jiān)控?！缎履茉雌噭恿π铍姵鼗厥绽盟菰垂芾頃盒幸?guī)定》與《汽車動力蓄電池編碼規(guī)則》則依托溯源管理平臺，對蓄電池回收利用溯源管理體系搭建進行細化的指導。

圖2 動力電池回收利用相關政策

3、完善蓄電池回收利用試點與網(wǎng)點建設；

《新能源汽車動力蓄電池回收服務網(wǎng)點建設與運營指南》等政策的出臺，動力蓄電池回收利用試點與網(wǎng)點指導法規(guī)的完善、工作的不斷開展，標志著國家進入廢舊蓄動力電池回收利用大規(guī)模實施階段，并逐漸走上快車道。

4、出臺蓄電池回收利用技術標準；

GB/T 33598-2017、GB/T 34015-2017、GB/T 38698.1-2020 等標準分別對動力蓄電池的回收利用拆解、余能檢測和運輸?shù)确绞脚c方法建立了技術規(guī)范，有助于廢舊動力蓄電池的安全且合理的回收利用。

在逐漸成熟政策與標準體系保障與指導下，廢舊動力蓄電池回收與利用行業(yè)會更加正規(guī)與健康發(fā)展；（表1）

表1 動力電池回收利用相關標準

3 廢舊動力電池回收再生利用現(xiàn)狀

廢舊動力電池回收再生利用行業(yè)當前處于群雄紛起、飛速發(fā)展階段。國內(nèi)的回收再生的上下游供應商紛紛涌入這一行業(yè)，其中的典型為：寧德時代、天能電池為代表的下游電池生產(chǎn)商，例如寧德時代持股邦普循環(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；賽德美、格林美為代表的專業(yè)動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)動力電池回收利用企業(yè)和材料企業(yè)等主動進行合作，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)格林美進行綁定，整合彼此資源，進行廢舊動力電池回收利用。加強產(chǎn)業(yè)間的合作，電池廠與整車廠可以有效減小對電池材料的依賴，保證資源的穩(wěn)定供應。第三方回收利用企業(yè)則可以實現(xiàn)廢舊電池包資源的獲取，擴大產(chǎn)業(yè)規(guī)模。

廢舊動力電池回收再生的新技術與全自動設備發(fā)展也隨著行業(yè)的發(fā)展而迅速提高?；厥赵偕耐暾鞒炭梢院唵尾鸱譃閮纱蟛糠郑?/p>

1、廢舊動力電池前期預處理：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粉碎后，通過物理法（磁選、風選、浮選等）或化學法（熱處理法、酸堿溶劑法、有機溶劑法等）將活性物質、集流體、膈膜等材料進行分離。

目前國內(nèi)的拆解再生回收技術正日漸成熟，格林美、邦普等企業(yè)通過利用其具有的規(guī)模優(yōu)勢并加強與自動化設備商間合作，現(xiàn)全自動化成套設備已在生產(chǎn)利用階段。在未來兼?zhèn)浣?jīng)濟性、先進性及綠色性的前期預處理工藝是回收利用的重中之重。

2、廢舊動力電池中金屬的分選、富集與分離提純；

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

國內(nèi)的再生利用則以濕法冶金與物理修復為主。濕法冶金則是通過化學溶劑將活性物質選擇性溶解后，富集并分離浸出液中的金屬元素；針對濕法冶金，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。物理修復方面，賽德美通過與高校進行產(chǎn)學研合作，基于電池失效的模式與修復手段結合；通過增加鋰源和相轉變的合成方式對正極粉料進行短流程、高質量的回收再生。

4 廢舊動力電池回收再生利用建議

雖然當前動力電池的回收與再生利用依然存在一定的技術掣肘，但是回收再生的經(jīng)濟性與社會價值已經(jīng)凸顯。因此根據(jù)當前動力電池回收與再生的現(xiàn)狀，提升方法可以從以下幾個方面來進行思考：

1、當前的回收技術方面，動力電池回收工藝已經(jīng)相對成熟，但是自動化的水平還需要進行技術攻關，尤其需要開發(fā)退役動力電池快速檢測技術、殘值評估與失效類型甄別技術及分散收集、入庫暫存、快速分選、集中轉運于一體的廢舊動力蓄電池平臺系統(tǒng)；

2、回收中心與網(wǎng)點建設是支撐，處理配套產(chǎn)業(yè)是關鍵；在國家的頂層設計下，以動力電池生產(chǎn)商、新能源汽車制造商、廢舊電池處理商及其他相關方應建立高效精細回收體系。仍需考慮與回收體系相結合的前端（廢舊動力電池處置廠）、后端（金屬冶煉回收系統(tǒng)）等配套產(chǎn)業(yè)的建設。

3、對于廢舊動力電池的回收再生利用的發(fā)展與普及，消費者這一個關鍵的責任主體不容忽視。需要強化消費者的參與意識，引導消費者樹立正確的觀念：相關的公眾參與規(guī)范當前還有所缺失，可以參考垃圾分類推廣經(jīng)驗來發(fā)布回收規(guī)范來鼓勵消費者將廢舊的動力電池交還，進行回收利用，責任、義務和法律三者間的相互交融是推動廢舊電池回收利用正規(guī)化的強大力量。

5 結語

鋰離子電池新技術的發(fā)展吸引著社會廣泛關注，但是廢舊動力鋰電池的回收與再生利用也同樣重要。對于廢舊動力電池的回收與利用，其具有的經(jīng)濟性僅僅是需要大力推廣的部分原因，合理的處置對環(huán)境安全、可持續(xù)發(fā)展背后具有的社會價值依然巨大。當前回收再生利用技術較之前有著巨大的進步，設備自動化程度增加、傳統(tǒng)工藝向定制化、短流程、低成本工藝突破。廢舊動力動力電池的工藝與效率依然不足以支撐當前龐大的市場，但是在未來隨著回收再生的技術突破以及全閉環(huán)的回收體系的建立，在更加全面深入的政策與標準的指導下，廢舊動力動力電池的回收與再生行業(yè)會蓬勃發(fā)展。