廢舊動力鋰電池回收利用技術概述

　　當前，在我國新能源是非常重要的產業，而新能源的核心就是動力電池。在動力電池當中，車用動力鋰電池有非常多的優點，如不含有毒的重金屬、能量密度較高等。因為這些優勢，很多制造商很多都開始使用動力鋰電池。動力鋰電池的技術經過了較長時間的發展，已經有了非常高的成就。

　　一、我國鋰電池使用的現狀

　　我國因為大氣污染嚴重的問題，越來越重視環境的保護。為了解決大氣污染嚴重的問題，我國加強了對電動車的重視，推進了電動車的普及，把車用動力電池作為重要的發展項目之一。目前，我國鋰電池產業得到了非常快速的發展，主要是以車用動力鋰電池為主，我國也已經成為了世界蕞大的鋰電池生產基地。但是隨著鋰電池的生產量加大，回收方面也出現了一定的問題。如果沒有非常規范的電池回收制度和技術，廢舊的電池對環境會產生一定的影響。

　　所以從循環的經濟觀點來說，做好廢舊動力鋰電池的回收相關工作是非常重要的，對于整個產業來說有著非常大的影響。隨著當前我國電動車產能的不斷加大，如果沒有落實好回收方面的工作，會在很大程度上影響我國的新能源技術開發工作和新能源電動車的發展。

　　二、動力鋰電池的分類

　　在動力鋰電池的分類當中，可以根據不同的陽極材料進行劃分。在當前動力鋰電池的正極材料產業當中，不同的企業使用著不同的材料體系。每一個企業都可以根據自己的實際情況和相關政策要求選擇適合的材料體系，做好鋰電池的生產工作。雖然在鋰電池屬于“綠色電池”，并沒有有害的重金屬元素存在，但是在鋰電池當中，有些物質對于生態環境會造成一定的影響，例如正負極材料等。

　　鋰離子電池由正極、負極、隔膜、電解液、電池殼(蓋)組成。對于車用鋰離子電池而言，正極材料主要包括三元材料(含有鎳鈷錳三種元素)、磷酸鐵鋰材料、錳酸鋰材料等；負極材料主要以碳材料為主，包括人造石墨、天然石墨、硅碳合金和鈦酸鋰材料等；隔膜材料主要以聚烯烴類材料為主，包括聚乙烯和聚丙烯隔膜；電解液則主要包括碳酸脂類溶劑和六氟磷酸鋰電解質鹽；封裝形式主要包括圓柱形、方形和軟包裝三種形式。

　　目前中國新能源汽車用鋰離子電池主要包括三元鋰離子電池和磷酸鐵鋰電池。

　　三、廢舊車用鋰離子電池回收利用模式

　　車用鋰離子電池全生命周期使用模式

　　廢舊鋰離子電池處理不當會產生一定的危險性，如電解液中含有機溶劑，難以降解，且部分有機溶劑閃點較低，處理不當會引發燃燒爆炸的嚴重后果；電解液中的六氟磷酸鋰電解質具有極強的腐蝕性，遇水會發生分解產生氟化氫(HF)，為劇毒氣體，會對環境和人體健康造成嚴重危害。如果對廢舊鋰離子電池僅采取填埋、焚燒等普通垃圾處理方式，會對環境造成嚴重污染。

　　廢舊鋰離子電池的回收利用一方面可以蕞大限度地實現環境保護，另一方面可蕞大限度地發揮電池全生命周期價值，從而分攤動力電池成本。為實現價值蕞大化，廢舊鋰離子電池的回收利用通常采用先梯級利用后再生利用的原則，根據應用場景進行優化組合。

　　當前在中國主要考慮廢舊鋰離子電池包和模組級別的梯次利用，單體的梯次利用受當前退役動力電池的性能所限，考慮到拆解及電池重組的成本，大規模應用不具備經濟性。

　　廢舊鋰離子電池能否用于梯級利用，主要是依據電池的剩余容量。當電池容量在20%～80%時，可以進行梯級利用；而電池容量低于20%時，則對其拆解進行材料的回收。

　　針對目前中國使用數量巨大的三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池，退役的磷酸鐵鋰電池仍具有較好的循環性和安全性，因此對其先進行梯次利用，再進行資源的再生利用；而退役的三元鋰電池隨循環次數的增多容量呈現快速衰減趨勢，且安全性較差，對其破碎、拆解和冶煉等，實現鎳、鈷、錳、鋰等資源的再生利用。

　　3.1梯級利用模式

　　目前中國梯級利用的領域以通信儲能、電力系統儲能和低速車領域為主

　　通信基站電池主要起備電作用，保證在停電期間基站的持續穩定運行。梯次利用鋰離子電池相比鉛酸電池在循環壽命、能量密度、高溫性能等方面具備一定優勢，在技術上可滿足各種工況備電需求。由于通信基站備用電源的標稱電壓為48V，對電池管理系統(BMS)要求也不相同，因此目前采用將電池包拆解重組(包括模組重組為主)應用的方式，同時也在探索動力電池整包應用的相關方案。

　　廢舊鋰離子電池在電力儲能場景梯級利用

　　低速電動車領域主要包括四輪低速電動車、電動摩托車、電動輕便摩托車和電動自行車等，目前應用以鉛酸電池為主。截止2017年底，我國四輪低速電動車保有量超過200萬輛，按照《四輪低速電動車技術條件》(草案)的要求，采用鋰離子電池的趨勢非常明確；電動三輪車保有量超過5000萬輛，主要應用領域是農村地區作為生產力工具，同時可作為城市快遞運送車輛；電動自行車保有量高達2.5億輛。廢舊鋰離子電池的技術性能滿足低速電動車的相關標準和使用要求，只需要在標稱電壓、外形尺寸等方面進行調整，經過重組檢測達到要求后即可使用。

　　3.2資源再生利用模式

　　報廢鋰離子電池中含有鋰、鋁、銅、鎳、鈷、錳等有價金屬元素，對其回收利用，符合可持續發展的要求。三元鋰電池中含有的鎳鈷錳等金屬元素含量遠高于原礦，以目前在新能源汽車中用量蕞大的NCM523材料為例，鎳、鈷和錳元素的化學計量分別為30.4%、12.2%和17.1%；

　　磷酸鐵鋰電池雖不含鎳鈷錳等有價技術元素，其1.1%的鋰元素含量高于我國開發利用的品位僅為0.8%～1.4%(Li2O)的原礦(對應到鋰含量僅0.4%～0.7%)[9]。貴重金屬價格的上漲及礦產資源的稀缺使得廢舊鋰離子電池回收的價值凸顯，回收效率高，較直接開采礦石的生產方式更具有成本優勢。

　　廢舊鋰離子電池資源化技術遵循的原則：從源頭進行固廢減量，對電池精細化拆分，對不同材料進行分類處理，蕞大限度實現資源循環利用。

　　廢鋰離子電池回收技術體系，主要包括預處理、回收和再利用三個過程：

　　(1)預處理：包括放電、拆解、分離分選等主要步驟，其中放電技術主要包括：短接放電、液氮低溫穿孔等，分離技術主要包括：機械分離、酸/堿溶、有機溶劑溶解、熱處理法等；

　　(2)回收：包括浸出/富集和分離純化。浸出/富集分為干法回收、濕法回收；分離純化是指以化學溶劑萃取浸出方法將正極活性物質中的金屬組分轉移至溶液中，通過萃取、沉淀、吸附、電解等對高附加值的金屬進行分離提純和回收；

　　(3)再利用：分為直接修復再生和電極材料的合成兩種技術體系，其中電極材料合成方法主要包括：高溫固相合成法、溶膠凝膠法、水熱合成法和電沉積再生法等。

　　四、結語

　　隨著中國新能源汽車產業的快速發展，未來將退役大量的鋰離子動力電池。隨著國家相關政策的頒布和實施，以及相關標準的制定與完善，將有效促進廢舊鋰離子電池的回收利用，產生巨大的經濟和環境效益。

　　在梯級利用方面，目前主要側重于于通信基站、電力儲能和低速電動車等領域，可實現對鉛酸電池的替代。目前我國動力電池材料體系和規格尺寸多樣，質量參差不齊，梯次利用的廢舊鋰離子電池產品大多缺乏性能和安全性等保障機制，商業模式仍需創新，規模化和標準化的梯次利用尚待市場驗證。目前梯級利用以拆解的電池模塊重組為主。長遠來看，隨著動力電池生產自動化水平的提升，電池包直接梯級利用是發展趨勢。

　　在資源化回收方面，目前主要采用濕法回收技術，側重于三元鋰電池正極廢料中的鈷、鎳、錳和鋰等金屬元素的回收，其他材料如石墨負極材料、隔膜材料和電解液等的回收尚未深入開展。同時如何實現磷酸鐵鋰廢舊電池的有價值回收仍處于探索階段，實現經濟性仍是難題。