基于文献和专利分析锂电池回收发展趋势

令狐磊 ，阳杨 ，毛小英

（1.新中天环保股份有限公司，重庆 401120；2.国家环境保护危险废物处置工程技术（重庆）中心，重庆 401120）

锂离子电池是以锂掺杂其他过渡金属的氧化物作为电极，以锂离子的传递来完成充放电的充电电池，由正极、负极、隔膜、电解液等组成[1]。因其具有工作电压高、能量密度大、重量轻、寿命长等优点，广泛应用于电子产品（如笔记本电脑、手机、平板电脑、数码相机等）、车用动力电池（如电动汽车、电动自行车等）以及储能电池，锂电池行业在快速增长中。

按照设计要求，动力电池容量衰减到初始容量的80%以下，便达到设计的有效使用寿命，需要进行替换，会产生大量的废旧锂电池。废旧的锂电池比较容易和外界环境接触发生反应，产生的物质会损害自然环境[2]；同时，锂电池内的有价金属（如钴、锂、镍等）如果不对其回收利用，将造成资源浪费[3]。因此，废弃锂电池若不系统处理回收，不仅会严重浪费资源，还会污染环境，损害人体健康。

通过文献、专利分析，可以为固体废物资源再利用方向选择、立项提供宝贵的参考[4，5]。基于文献、专利检索和分析平台，对国内锂电池回收的文献和专利信息进行检索并进行宏观数据态势分析，并针对重要关注点进行深入分析，得到宏观的分析结果以及技术发展路线[6]。

1 锂电池回收产业简介

近年来，锂电池的退役规模较大，动力电池的回收迫在眉睫。国家不断出台有关废弃电池的相关管理办法[7]，政策框架明确，细则不断落实，推动回收市场发展。

常规锂电池包括钴酸锂、磷酸铁锂、镍酸锂、三元锂等，从元素上看，锂电池中有较多的有价金属，如Co，Ni，Li等，回收经济效益显著。根据锂电池材料体系的不同，可分别采取梯次利用、资源化回收及电池材料修复再造等不同方式进行专业化处理。

梯次利用是将退役的动力锂电池用在储能等领域，继续发挥价值[8]；资源化回收是将退役锂电池进行放电和拆解，依据各组分的物理、化学性质，实现分离，回收有价值的成分[9]；电池材料修复是将从废旧电池回收的材料进行元素分析，添加组分、合成剂，经过系列工序，变成锂电池的制备材料[10]。

2 分析研究方法

2.1 检索方法

首先选择合适的检索词。检索词是能概括检索内容的相关词汇，可以是学科名词、人名、机构名、分类号、分子式、图书名、期刊名、年代、地理名词等，分别表示主题、作者、分类、特殊意义等[11]。选择检索词的方法有：从课题字面和内涵中选词；选择实词，不选虚词；尽量挖掘限定词；充分选择同义词等。确定检索词后，制定检索策略。根据检索分析目的，选择主题检索方式[12]。

2.2 分析方法

通过确定后的检索方法对文献和专利进行在线检索后，对检索到的文献、专利数据进行整理和分析。

3 文献分析概况

3.1 国内年度发文趋势

图1为锂电池回收利用的历年论文发表情况。可以看出，2005年开始，有关锂电池回收的文献数量总体上说逐年增加，研究比较活跃，得到行业的密切关注，越来越受到国内科研工作者的重视，目前仍处于快速发展时期。

图1 锂电池回收利用的历年论文发表情况

3.2 关键词

关键词中，“正极材料”出现37次，“负极材料”出现33次，是研究热点；“钴”出现12次，“石墨烯”出现20次，是正、负极材料回收的重点；“磷酸铁锂”“磷酸铁锂电池”“LiFePO4”共出现45次，说明磷酸铁锂电池是目前研究重点。

3.3 研究机构

从研究机构看，几乎全部为高校和研究院，发表文章较多的机构有哈尔滨工业大学、中南大学、天津大学、浙江大学、吉林大学等，通过分析其研究方向和研究成果，可获取技术聚焦点。

3.4 基金分布

获得基金资助的论文，研究团队进行科学研究的能力及水平相对较高，尤其是获得国家自然基金与国家科技支撑计划资助的研究项目。从文献获得的基金看，获国家级基金的文献达126篇，可见国家对锂电池回收利用的关注和支持力度。

图2 基金分布情况

3.5 存在问题

文献分析方法存在一些局限和偏差，首先在关键词的筛选上，出现频次较高的是一些常规词汇，而一些细化研究方法、研究内容的关键词由于比较分散而没有入选，这就导致统计分析的文献不够全面和细致，部分文献相关度不高。

虽然不能全面地对每篇文章、每个研究领域进行分类分析，但是可以有侧重地展示研究领域的国内主要研究机构、研究方向、基金情况等，揭示国内研究趋势和特点，以期为单位布局提供一定借鉴意义。

4 专利分析

4.1 总体趋势

图3是2005—2018年锂电池回收利用专利申请数量年度变化图。可以看出，从2005年起，开始逐步进入萌芽期，2012—2017年，处于成长期，专利数量增加明显，2017年申请数量为153件，目前仍处于快速发展时期。

图3 基于“锂电池+回收”的历年专利申请变化情况

4.2 专利申请类别

锂电池回收专利共535篇，其中发明专利368篇（授权94篇，公开35篇），占到专利申请的69%，实用新型专利167篇。发明专利更偏重于对方法的研究，说明对于锂电池回收方法的研究在中国专利中占到了相当大的比重。

4.3 技术成熟度分析

技术成熟度系数为当年的发明专利申请数目与总专利申请数目的比值，比值越小说明技术已经比较成熟。从图4中可以看出，锂电池回收技术尚未成熟，仍然保持很强的活力。

图4 锂电池回收专利技术成熟度分析

5 总结

检索了中国锂电池回收利用相关文献、专利，对锂电池回收利用的技术指标进行分析。分析表明，锂电池回收领域的论文发表量、专利申请量近年来增长明显，主要研究机构有哈尔滨工业大学、中南大学、天津大学、浙江大学、吉林大学等，主要公司为国轩高科、格林美、沃特玛、邦普等，主要技术构成集中于金属回收、正极材料制备、梯次利用等方向研究。