鉅大LARGE | 點擊量：4438次 | 2021年12月07日
廢舊鋰離子電池的資源化技術：濕法回收技術為主
鋰離子電池回收技術概況
廢舊鋰離子電池的資源化技術，是將廢舊鋰離子電池中有價值的成分，依據其各自的物理、化學性質，將其分離。一般而言，整個回收工藝分為4個部分：(1)預處理部分；(2)電極材料修復；(3)有價金屬的浸出；(4)化學純化。
在回收過程中，按照不同的提取工藝分類，可將鋰離子電池的回收技術分為3大類：(1)干法回收技術；(2)濕法回收技術；(3)生物回收技術。
干法回收重要包括機械分選法和高溫熱解法(或稱高溫冶金法)。干法回收工藝流程較短，回收的針對性不強，是實現金屬分離回收的初步階段。重要是指不通過溶液等媒介，直接實現材料或有價金屬的回收方法，重要是通過物理分選法和高溫熱解法，對電池破碎進行粗篩分類，或高溫分解除去有機物以便于進一步的元素回收。
濕法回收技術工藝比較復雜，但各有價金屬的回收率較高，是目前重要處理廢舊鎳氫電池和鋰離子電池的技術。濕法回收技術是以各種酸堿性溶液為轉移媒介，將金屬離子從電極材料中轉移到浸出液中，再通過離子交換、沉淀、吸附等手段，將金屬離子以鹽、氧化物等形式從溶液中提取出來。
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%
生物回收技術具有成本低、污染小、可重復利用的特點，是未來鋰離子電池回收技術發展的理想方向。生物回收技術重要是利用微生物浸出，將體系的有用組分轉化為可溶化合物并選擇性地溶解出來，得到含有效金屬的溶液，實現目標組分與雜質組分分離，最終回收鋰等有價金屬。目前，有關生物回收技術的研究剛剛起步，之后將逐步解決高效菌種的培養、周期長的問題以及有關浸出條件的控制問題。
從回收工藝的次序來看，第一步：預處理過程，其目的是初步分離回收舊鋰離子電池中的有價部分，高效選擇性地富集電極材料等高附加值部分，以便于后續回收過程順利進行。預處理過程一般結合了破碎、研磨、篩選和物理分離法。重要的幾種預處理方法包括：(1)預放電；(2)機械分離；(3)熱處理；(4)堿液溶解；(5)溶劑溶解；(6)手工拆解等。
第二步：材料分離。預處理階段富集得到了正極和負極的混合電極材料，為了從中分離回收Co、Li等有價金屬，要對混合電極材料進行選擇性提取。材料分離的過程也可以按照干法回收、濕法回收和生物回收的分類技術分為：(1)無機酸浸出；(2)生物浸出；(3)機械化學浸出。
第三步：化學純化。其目的在于對浸出過程得到的溶液中的各種高附加值金屬進行分離和提純并回收。浸出液中含有Ni、Co、Mn、Fe、Li、Al和Cu等多種元素，其中Ni、Co、Mn、Li為重要回收的金屬元素。通過調節pH將Al和Fe選擇性沉淀出后，再對浸出液中的Ni、Co、Mn和Li等元素進行下一步的處理回收。常用的回收方法有化學沉淀法、鹽析法、離子交換法、萃取法和電沉積法。
國內外公司動力鋰離子電池回收的技術路線和趨勢：濕法工藝和高溫熱解為主流
比較國外主流電池回收公司的廢舊動力鋰離子電池回收工藝可以發現，目前主流鋰離子電池回收工藝以濕法工藝和高溫熱解為主，且很大一部分已經投入了工業生產階段。
鋰電回收經濟性強，電池廠商自行拆解或第三方拆解模式是目前主流
從2015年以來，隨著新能源汽車行業的爆發，以及電池材料的趨勢性變化(向著高鎳三元材料的方向發展)，鈷、鎳及碳酸鋰/氫氧化鋰的價格將受到一定幅度的提振。這使得回收廢舊鋰離子電池的經濟性得到進一步重視。
我國私家車年平均行駛里程約為1.6萬公里，保守估計私家車的使用條件下，純電動/插電式汽車的動力鋰離子電池組使用壽命為4~6年左右；而有關公交車、出租車等車型，由于其日均行駛里程長，充電較為頻繁，其動力鋰離子電池組的壽命為2~3年。
不同類型動力鋰離子電池金屬含量各不相同，根據權威機構對各類電動汽車占比以及單車鋰電容量的預測，有關我國未來動力鋰離子電池的報廢量進行了預測。預計到2018年，我國新增報廢的動力鋰離子電池將達到11.8Gwh，對應可回收利用的金屬為：鎳1.8萬噸、鈷0.3萬噸、錳1.12萬噸、鋰0.34萬噸；預計到2023年，新增報廢的動力鋰離子電池將達到101Gwh，對應可回收利用的金屬為：鎳11.9萬噸、鈷2.3萬噸、錳7.1萬噸、鋰2萬噸。
權威機構預計，除金屬鈷外，其他幾種金屬價格在未來幾年都將有不同程度的下降，據此推算，到2018年，可回收的有價金屬的市場規模將達到鎳14億元、鈷8.7億元、鋰26億元；到2023年，可回收的有價金屬的市場價值可以達到鎳84億元、鈷73億元、錳8.5億元、鋰146億元。
通過建立經濟性評估模型針對動力鋰離子電池回收過程中投入成本和回收材料產出的收益，可以以以下數學模型進行表示：
Bpro表示廢舊動力鋰離子電池回收的利潤；Ctotal表示廢舊動力鋰離子電池回收的總收益；Cdepreciation表示廢舊動力鋰離子電池設備的折舊成本；Cuse表示廢舊動力鋰離子電池回收過程的使用成本；Ctax表示廢舊動力鋰離子電池回收公司的稅收。
廢舊動力鋰離子電池回收和再資源化過程的使用成本重要包括以下幾項(1)原材料成本；(2)輔助材料成本；(3)燃料動力成本；(4)設備維護成本；(5)環境處理成本；(6)人工成本。
從毛利率、可行性和可持續性三方面看，權威機構認為：電池廠商直接回收利用形成閉環的模式以及第三方專業拆解機構向電池廠商購買廢舊電池的模式是目前主流的動力鋰電回收模式，且在鋰電綜合回收的情況下具有較好的經濟性。
假設：(1)目前的金屬價格(鈷21.5萬元/噸、鎳7.77萬元/噸、錳1.1萬元/噸、鋰70萬元/噸、鋁1.26萬元/噸、鐵0.2萬元/噸)且不考慮其他回收出現的收益；(2)考慮各類動力鋰離子電池的使用占比(磷酸鐵鋰70%、錳酸鋰7%、三元23%)綜合回收鋰離子電池；(3)除原材料之外其他成本相同
結論及分析：第三方專業機構從小作坊收購廢舊鋰離子電池并進行拆解加工的毛利率最高，達到60%；其次是行業聯盟回收加工的形式，毛利率達到45%。但這兩種方式中，前者(第三方：購于小作坊)存在安全和環保性問題，且目前小作坊尚未認識到鋰電回收產業的巨大價值，收購價格較低，因此這種方式不具有可持續性；后者(行業聯盟)目前由于相關管理條例和法律環境不完善，可行性仍然較低，但未來將是趨勢之一。；其他三種方式可行性和可持續性都較好，但其中電池生產商直接回收利用和第三方專業拆解機構向生產商購買廢舊電池的模式毛利率較高，因此權威機構認為這兩種方式將構成目前主流的回收模式。
三元電池材料的回收價值較其他動力鋰離子電池更高，如單獨考慮回收三元動力鋰離子電池的情況，則電池廠商回收利用模式和向電池廠商購買廢舊電池的第三方拆解模式皆具備優質的投資價值(2016年測算到毛利率分別達到55%和48%
權威機構認為，動力鋰電回收產業將在未來5年內逐步實現規范化、規?；?，行業聯盟的回收模式有望在產業發展中后期形成，由于其規模效應，將擁有較高的毛利率。此外，原有的生產者回收利用模式和向生產者購買廢舊電池的第三方拆解模式仍具備較強經濟性。
