鉅大LARGE | 點擊量：956次 | 2021年11月13日
動力鋰電池原材料應循環利用
發展電動汽車是減輕大氣污染的重要途徑之一，已經上升為國家戰略。電動汽車推廣使用對動力鋰離子電池有持續巨大的需求。就全國而言，2013年動力使用量超過2900兆瓦時，2014年動力鋰離子電池產量為4396兆瓦時，2015年動力鋰離子電池市場總產量達到17.0吉瓦時左右。2016年國內鋰動力鋰離子電池市場總產量達到30.5吉瓦時，同比2015年的17.0吉瓦時大幅度上升79.4%。
根據國內現有純電動汽車的運行情況，動力鋰離子電池的壽命為5年左右，這意味著我國動力鋰離子電池將逐步進入大規模的報廢期，2015年新能源車電池累計報廢量約在2萬~4萬噸，預計2020年前后，我國僅純電動乘用車和混合動力乘用車的動力鋰離子電池累計報廢量將會達到12萬~17萬噸的規模。
隨著大量儲能及動力鋰離子電池的退役和報廢，其健康、環境、安全隱患的累積效應成倍放大，不容忽視，用來制造電池的鎳、鈷、鋰等金屬屬于不可再生資源。廢棄電池若不能有效回收處理，不僅對環境出現巨大污染和危害，也會造成資源浪費。
開展廢舊電池回收利用，實現對儲能及動力鋰離子電池中金屬材料的資源化回收，實現電池材料的循環利用，可從總量上減少電池原材料的開發和使用，減少生態環境的破壞，提高資源利用率。有研究結果顯示，回收鋰離子電池可節約51.3%的自然資源，包括減少45.3%的礦石消耗和57.2%的化石能源。某團隊研究得出物理法直接回收工藝制備鈷酸鋰所消耗的總能量是正常生產工藝的6%。
根據測算的廢舊電池年報廢量，電池回收利用每年的市場效益規模在100億元以上。此外，《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012~2020）》等文件中也提出支持相關公司開展電池回收，上海市曾出臺政策：公司回收動力鋰離子電池政府將補助1000元/套；深圳則建立動力鋰離子電池利用和回收體系：每賣一輛車廠商拿出600元、政府拿出300元，用于回收動力鋰離子電池。政府配套的補貼，使電池回收利用效益更加可觀。以年處理5000噸廢舊三元鋰離子電池及其生產廢料的產量規模為例，每年可出現4828萬元的利潤。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
國內外技術進展
國外鋰離子電池回收處理重要集中于工藝的規?；炞C及技術的市場化推廣，采取綜合性的技術路線。根據所采取工藝方法的亮點與特色，歸納為如下幾類。
一火法
美國Inmetco公司利用電弧爐對廢舊鋰離子電池進行火法冶煉，回收得到含有鈷、鎳和鐵的鐵基合金。而其他金屬（如鋰）則以爐渣的形式丟棄，有機材料被燒掉，負極材料炭被當作還原劑使用。
二綜合回收法
比利時Umicore公司通過特制的熔爐回收鋰離子電池制得氫氧化鈷/氯化鈷，石墨和有機溶劑則作為燃料放出能量，銅、鋅、錳和鐵則用濕法回收，氯化鈷制備電極材料鈷酸鋰出售。而鋁和鋰則被丟棄，有機材料和炭則分別被燒掉和當作還原劑使用。
英國Ricard-AEA公司回收鋰離子電池技術路線：通過在低溫下破碎后，分離出鋼材后加入乙腈作為有機溶劑提取電解液，再以N-甲基吡咯烷酮為溶劑提取粘合劑聚偏氟乙烯，然后對固體進行分選，得到銅、鋁和塑料，在氫氧化鋰溶液中電沉積回收溶液中的鈷，產物為氧化鈷。
德國聯邦教研部資助并聯合ACCURECRecycling公司和UVR-FIA公司共同開展了一套結合預處理、濕法和火法的電池回收工藝。
三低溫處理法
日本Mitsubishi公司采用液氮將廢舊電池冷凍后拆解，分選出塑料，破碎、磁選、水洗得到鋼鐵，振動分離，經分選篩水洗后得到銅箔，剩余的顆粒進行燃燒得到鈷酸鋰，排出的氣體用氫氧化鈣吸收得到氟化鈣和磷酸鈣。
美國Toxco公司在-198攝氏度下將電池破碎后加入固體氫氧化鈉，此時金屬鋰轉化成氫氧化鋰，再加入碳酸根使氫氧化鋰反應生成碳酸鋰。球磨后，粉末在顛選板上洗滌，鈷酸鋰和碳酸鋰等電極材料與塑料分離。此外，Toxco在雀爾的分廠，能處理不同型號、不同化學性質鋰離子電池，60%的原料得到回收、10%的原料得到二次利用。
四電池修復法
美國OnTo公司采用二氧化碳超臨界流體恢復鋰離子電池的容量，將電池放在干燥的環境下，調節適當的壓力和溫度，液態的二氧化碳溶解電池中的電解液轉移到回收的容器后改變溫度和壓力使二氧化碳氣化，電解液析出。電解液被循環的超臨界二氧化碳攜帶出來，注入新的電解液后用環氧樹脂封口，使電池恢復充放電能力。
河南電科院研究進展
國網河南省電力公司電力科學研究院提出了對動力鋰離子電池開展梯次利用與回收處理的綜合資源化利用思路，涵蓋電池無害化處置，重要包括以下內容。
一、退役電池梯次利用
開發出無損分選檢測技術，分選出剩余容量較高的退運電池；建立基于核心關鍵參量的電池健康狀態評估方法體系，進一步篩選出可梯次利用的電池；開發出主被動協同響應的退役電池均衡技術，研制出電池管理系統；基于前述均衡技術及電池管理系統，梯次利用電池經重組集成為儲能系統后二次利用，實現延長電池壽命、降低電池及儲能成本。該技術已經在國網河南省電力公司尖山試驗基地風光儲混合微電網和國網青海省電力公司風光水儲試驗基地中實現示范應用，梯次利用儲能系統規模分別為100千瓦/150千瓦時、250千瓦/150千瓦時。
二、廢舊電池回收處理
針對廢舊動力鋰離子電池，探索了工藝簡單、低成本、低能耗的電池預處理方法及材料回收技術。首先，利用過熱蒸汽高溫熱解廢舊鋰離子電池，實現廢舊鋰離子電池中電解液的集中收集；其次，采用物理法實現廢舊鋰離子電池中各組分的分離收集，重要利用機械破碎、真空分離、振動篩分、比重分離、氣流分離等簡單手段，實現廢舊鋰離子電池中電極材料、集流體金屬、塑料隔膜、電池外殼的分離收集，分離收集過程不引入任何化學試劑，整個過程全部實現自動化，同時對粉塵等進行收集處理；最后，通過化學法，對正極材料中鋰或其他金屬組分提取回收，并制備成電池材料前驅體，實現資源化利用。該回收處理方法具有回收效率高、綠色低碳、環保節能、便于產業化等特點。
作者：趙光金（國家電網公司電網廢棄物資源化處理技術實驗室副主任）
