鉅大LARGE | 點擊量：1075次 | 2018年10月15日
動力電池綜合利用項目的分析報告
一、前言
新能源汽車發展趨勢強勁，不管“十二五”還是“十三五”，新能源汽車都是中國由汽車大國向汽車強國轉變的關鍵時期。相關數據顯示，2018年新能源汽車的銷售量應該在50~60萬輛，按照國家規劃，到2020年新能源汽車保有量達到500萬輛是非常現實的數字。新能源汽車的核心部件是動力電池，新能源汽車對動力電池的報廢標準是電池容量低于80%，這也就意味著3~5年就要更換一次動力鋰電池。2020年純電動乘用車和混合動力乘用車的動力鋰電池報廢量將達到17萬噸，廢棄動力鋰電池回收已成為行業關注焦點。
20世紀90年代以來，隨著鋰電池廣泛應用，我國成為世界上最大的鋰電池生產、消費和出口國。特別是近年來我國出臺了購置補貼、稅費減免、研發支持、消費優惠、基礎設施等一系列重大政策措施，新能源汽車市場日益蓬勃發展。工業和信息化部公布，2016年我國新能源汽車銷量達到50.2萬輛、保有量超過100萬輛，占全球市場保有量的50%，到2020年累計產銷量將超過220萬輛。
隨著新能源汽車快速發展，作為新能源汽車的“心臟”，動力鋰電池產業也在迅猛增長。按照相應的報廢標準，動力鋰電池回收利用市場已經形成。據鋰電大數據網專家分析，預計到2018年，我國動力鋰電池廢舊回收市場將初具規模，累計廢舊動力鋰電池超過12GWh、報廢量超過17萬噸，從中回收鈷、鎳、錳、鋰、鐵和鋁等金屬所創造的回收市場規模將超過53億元，到2020年將超過100億元，2023年廢舊動力鋰電池市場將達250億元。
同時，這些廢舊動力鋰電池拆解過程也會產生廢氣、廢液、廢渣等污染，一旦有機電解液和鈷、銅、鎳等重金屬物質滲入水和土壤之中，就會帶來生態環境安全隱患，甚至會危及人類健康。如果不對廢舊動力鋰電池進行必要的回收和處理，不僅會造成資源浪費，也會對環境造成一定污染。因此，加快動力鋰電池回收利用迫在眉睫，成為影響新能源汽車產業發展的重大課題。
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二、行業現狀
2016年，全國生態文明建設工作推進會強調，建立綠色循環低碳發展產業體系，習總書記和李克強總理對此都作了重要批示。近幾年，我國先后出臺了《節能與新能源汽車產業發展規劃(2012-2020)》、《關于加快新能源汽車推廣應用的指導意見》、《電動汽車動力蓄電池回收利用技術政策(2015年版)》、《新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業規范條件》、《新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業規范公告管理暫行辦法》等多項政策文件，要求加強動力鋰電池梯級利用和回收管理、研究制定動力鋰電池回收利用政策、建立健全廢舊動力鋰電池循環利用體系、加強行業管理與回收監管等，像上海、深圳等地政府也在積極探索相關內容，但動力鋰電池回收利用問題尚未真正有效落實。目前面臨的主要問題有：
1、退役電池較為復雜，不易拆解
廢舊動力鋰電池包括不同的類型、設計工藝和串并聯成組形式，以及多樣化服役時間、應用車型和使用工況。這導致電池拆解不便。自動化拆解對生產線的柔性配置要求較高，處置成本過高；而手工拆解影響電池回收成品率，也易造成電池短路、漏液，可能會導致起火或爆炸，造成人身財產損失。
2、退役電池一致性差，品質不高
廢舊動力鋰電池再利用須經過品質檢測，包括安全性評估、循環壽命測試等，將電芯分選分級，再重組后才可再利用。否則，一致性無法保障。但這些測試設備、測試費用、測試時間、分析建模等都會增加成本。如果一些問題電池沒被檢驗出來而再次被使用，還會增加整個電池系統的安全風險。
3、回收拆解成本較高，盈利點低
國內尚未建立成熟的回收體系，動力鋰電池回收產業也未形成規模效應，由于回收工藝成本高，投入超出電池價值。據中國電動汽車百人會提供的資料，某公司回收處理1噸廢舊磷酸鐵鋰動力電池的成本為8540元，而再生材料收益僅為8110元，虧損430元。用于儲能也不具備經濟性。據中國科學電力研究院數據，2015年鋰電池儲能綜合度電成本為0.73元/kWh，而鉛炭電池、抽水蓄能度電成本接近0.4元/kWh。
4、回收政策缺乏監管，執行不到位
盡管我國出臺政策文件，確定生產者責任延伸制度，明確了新能源汽車生產企業、動力蓄電池生產企業、梯級利用電池生產企業、報廢汽車回收拆解企業等責任，但由于政策并不具有強制性，且缺乏明確的獎懲機制，加上動力鋰電池回收再利用經濟性不高，目前動力鋰電池相關主體無利可圖，對政策執行積極性不高。
三、技術分析
1.干法技術
干法是將鋰離子電池還原焙燒分離出鈷、鋁，浸出分離鈷和乙炔黑。
從廢舊鋰離子二次電池中回收鈷等的技術，其工藝為先將電池焚燒，再篩選去鐵和銅后，將殘余粉加熱并溶于酸中，用有機溶劑萃取可提出氧化鈷。
先把廢舊鋰離子電池破碎，再進行熱處理，將可燃材料變為氣體，留下LiCoO2。在恒溫水浴中，加入硝酸、雙氧水溶解LiCoO2，使得Co和Li的浸出率均達到90%。干法工藝相對簡單，易于工業化應用，也是目前國內市場上比較成熟的工藝。
2.濕法技術
濕法是以無機酸溶液將廢舊電池中的各有價成分浸出后，再以一定的方法加以回收。在80℃下用鹽酸浸出鋰離子二次電池正極料，Co、Li的浸出率均大于99%，之后用PC-288A(2-乙基己基磷酸-單-2-乙基己基醚)萃取Co，反萃取后以硫酸鈷形式回收鈷。再加入碳酸鈉溶液，生成碳酸鋰沉淀，回收率接近80%。
用酸浸出鋰離子電池正極廢料，往浸出液中加入兩性金屬，使Co2+變成Co，然后除去兩性金屬，獲得金屬Co。
先將電極材料在稀鹽酸中溶解，再調節pH=4，選擇性沉淀出鋁的氫氧化物，然后調節pH至10左右，使鈷、鎳生成氨的配合物，再通入O2把Co2+、Ni2+氧化，并將溶液通過離子交換樹脂，再用草酸鹽將Co和Ni沉淀下來。吳芳[7]采用堿溶解電池材料，預先除去約90%的鋁，然后采用H2SO4+H2O2體系浸出濾渣，浸出后的濾液中含有Fe2+、Ca2+、Mn2+等雜質，用P2O4溶劑萃取得到鈷和鋰的混合液，然后用P5O7溶劑萃取分離鈷、鋰，反萃取后得到硫酸鈷，萃余液沉淀回收碳酸鋰，鋰的一次回收率為76.5%。
濕法工藝能耗也較大，且工藝流程長，對設備要求高，成本較高，資源回收率較低。
3.離子篩法處理鋰離子電池
2003年武漢理工大學發明了一種用λ-MnO2離子篩從廢鋰離子電池中分離回收鋰的新方法，當年即被授予發明專利。步驟為：將電池解體去除外殼，將電池芯浸泡在鹽酸中使其充分溶解；調節體系的pH>10，過濾后得到含鋰離子的料液；用λ-MnO2離子篩處理料液，對鋰離子進行選擇性吸附分離，然后用鹽酸對吸附在離子篩中的鋰離子進行洗脫，蒸發洗脫液得到氯化鋰，向洗脫液中加入Na2CO3，加熱濃縮后得到碳酸鋰沉淀。
4.生物浸出工藝
所謂微生物浸出工藝就是用微生物將體系中有用組分轉化為可溶化合物并選擇性地溶解出來，得到含金屬的溶液，實現目標組分與雜質組分分離，最終回收有用金屬的技術。
與傳統電池回收技術相比，生物浸出有基建投資少、操作成本低、對環境的污染小等優點。但這是一個比較新的課題，還有去多問題需要解決，如菌種的選擇與培養，浸出條件的控制，金屬的生物浸出機理等。
四、建議
1.研究電池標準化并落實可追溯體系
加強對動力鋰電池的結構設計、連接方式、工藝技術、集成安裝等標準化進行研究，盡快制定動力電池編碼強制標準，將可追溯系統與新能源汽車產品公告管理掛鉤，確保電池全生命周期信息記錄，提高檢測評估的便利性和準確性。
2.加大電池回收再利用關鍵技術研發
加大對廢舊鋰電池拆解、重組、測試和壽命預測等關鍵技術進行攻關，提高其技術成熟度和生產過程的安全性。同時，提高電池拆解、重組及回收技術的自動化水平和回收效率，使動力鋰電池回收再利用具有經濟可行性和安全性。
3.制定和實施動力電池回收獎懲措施
制定動力鋰電池回收再利用激勵實施細則，建立賞罰機制。比如，對未按照回收政策履行責任義務的企業進行懲罰，對電池回收企業和電池再利用企業按照電池套數、容量等方式進行補貼，實行稅收優惠，確保回收再利用企業的經濟性；對消費者可采用押金和獎勵并行的制度，培養消費者動力電池回收的意識。
4.鼓勵商業模式創新試點和推廣應用
積極創新商業模式，積累經驗后對具有推廣價值的循環經濟發展模式進行復制。落實動力鋰電池回收再利用體系建設，并利用補貼機制和優惠政策，提高企業和消費者的積極性，但避免一些投機企業為了補貼跟風進入這個行業，形成公平和良性的競爭機制，以有利于產業健康發展。
五、結論
鋰離子動力電池的應用日益廣泛，廢舊的鋰離子動力電池會對自然環境與人類健康造成極大地威脅與危害，而豐富的可再利用資源也讓人們為之震驚。面對廢舊鋰離子動力電池所帶來的困擾，就如何針對性地建立鋰電池回收體系，確定政府、生產廠商、銷售商在回收體系中的關系，如何確保鋰電池的使用周期與壽命等方面提出一系列的解決方案與建議，致力于更好地實現廢舊鋰離子動力電池的回收再利用。
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