废旧动力电池回收利用研究进展及展望

王晨，江婷钰，江博新

（1.中再资源环境股份有限公司，北京 100052；2.中再资源再生开发有限公司，北京 100052；3.东方园林股份有限公司·环保集团，北京 100015）

近年来，我国新能源汽车产业迅速发展，在新能源汽车产业的带动下，动力电池产销量也呈现逐年攀升的趋势。仅2009—2012年3年里，我国新能源汽车销售量达1.7万辆，配置约1.2 GWh的动力电池。截至2017年底，我国新能源汽车累计销售已高达180万辆，配置动力电池约86.9 GWh。2017年1月，工信部牵头编制的《汽车产业中长期发展规划》，明确提出到2020年我国新能源汽车年产量将达到200万辆，到2025年，新能源汽车占全国汽车总销售量的20%以上。据专家综合测算，新能源汽车动力电池平均寿命3～6年，随着动力电池陆续规模化退役，2018年将开始爆发废旧动力电池退役潮，预计到2020年，我国报废电池累计量将超过24.6 GWh（20万t）。

1 动力电池回收的意义

1.1 节约资源

从资源角度，以钴资源为例，据统计，目前全球约15万t钴资源产出，其中80%源于废旧材料回收，我国95%的钴资源依靠进口。当前，我国电池用钴已占总用钴量的70%，在现有水平下，到2020年，随着新能源汽车的发展，我国钴资源的供需矛盾将更加突出。

1.2 保护环境

从环境角度，电池含有钴、镍等金属离子，氟化物电解质以及塑料隔膜、绝缘橡胶套等污染物，这些污染物一旦进入环境可能造成比较严重的污染，而且也可能会对人的健康造成直接或间接的危害。例如，氟化物可损害骨骼致使自发性骨折，也可刺激呼吸系统引发鼻炎等病症；金属钴可能刺激消化系统，引起胃肠受刺激，伴随呕吐、腹痛等症状。

1.3 创造效益

生产动力电池的原料包括大量的有价金属。动力电池报废后其原料组分并没减少或消失，其中潜在价值比较高的是锂、钴、镍、锰等金属。将废旧动力电池潜在价值比较高的金属进行提取、提纯后再利用，已成为规避电池生产上游由钴、锂、镍、锰等原材料稀缺引起价格波动风险的重要途径。据中国汽车技术中心预测，从废旧动力电池中回收锂、钴、镍、锰及铁等金属所创造的市场规模将在2018年达到52亿元，2020年高达136亿元，这将成为创造收入和缩减成本的一个重要来源，经济效益非常显著。

2 动力电池回收利用技术

2.1 梯次利用

当前，国内外动力电池梯次利用的主要应用领域为分布式发电的储能系统。例如丰田，通过测试，使用一个可以在分布式储能电池系统中使用的电池级联，一方面可用来稳定风能、太阳能等不持续、不稳定能源发电的输出功率，另一方面可应用于微电网，以降低峰值并填充山谷，减轻用电负荷供需矛盾。

但动力电池梯次利用有一个很大的问题——电池一致性。电池的容量、自放电等参数都会影响电池的一致性，同时在电池使用过程中PACK技术的不同，也会造成电池参数不一样。动力电池存在一致性差异，梯次利用的可靠性降低，都会造成维护和利用成本增加。

解决此问题的方法就是电动汽车电池标准化。随着GB/T 34013《电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸》、GB/T 34014《汽车动力蓄电池编码规则》、GB/T 34015《车用动力电池回收利用余能检测》等电池回收利用系列标准的实施，动力电池梯次利用的规模化应用将逐渐显现。

2.2 资源化回收

2.2.1 干法回收技术

干法回收是指不使用任何溶液等介质，直接将钴、锂等金属从废旧动力电池中分离的回收方法，主要有物理机械分选法、高温热解法（火法）和真空热解法3种。

（1）物理机械分选法。物理分选法是指利用机械的方法将电池拆解分离后，利用不同电池原料物理性质的差异，经破碎、过筛、磁选、精细粉碎和分类等方法，实现不同组分分离。常用于电池回收的预处理。

（2）高温热解法（火法）。高温热解不仅可以分解去除粘结剂，还可利用不同金属熔沸点的差异将其分离，或对电池冶炼，回收铅、铁等金属和镍铁、铅锑等合金。电池中的金属经氧化还原被分解，进而形成蒸汽挥发，通过冷凝将其收集。镍氢电池火法处理详见图1。

图1 火法回收镍氢电池

（3）真空热解法。真空热解是利用真空焙烧的方法，使锂电池有机物和粘结剂挥发或分解，控制时间和压强，可以将组分为LiCoO2和CoO的阴极粉末完全从铝箔上剥离，离开反应器后，挥发物进入冷凝器冷凝，不可冷凝的气体由真空泵提取，最后由集气罩收集。该方法虽然工艺简单，但耗能较高，处理过程可能逸散有毒气体，容易造成环境二次污染。

2.2.2 湿法回收技术

湿法是以各种酸、碱性溶液为介质浸泡电池，将有价金属离子从电极材料中浸出到介质溶液中，再通过离子交换、吸附、富集等方法，将金属离子以盐、氧化物、金属单质等形式从溶液中提取出来。湿法回收技术环境风险大，但湿法工艺较易实现连续化和自动化且有价金属的综合回收率较高。湿法回收锂电池的工艺流程见图2。

图2 湿法回收锂电池的原则工艺流程

2.3 其他处理方法

（1）超临界CO2萃取法。超临界CO2流体萃取的原理是压力和温度的差异影响超临界CO2的溶解力。将废旧电池置于超临界反应釜中，使待分离的电池与超临界CO2充分接触，根据电池成分极性、熔沸点和分子量的差异，将电解液选择性地萃取出来。此方法适用于收集废旧电池的电解液，但工作环境要求高，处理费用高。

（2）离子交换法。离子交换树脂对不同金属离子络合物具有不同的吸附系数，呈现出对金属的选择性。电池破碎初步分选后，通过离子交换作用，从含多种有价金属的溶液中吸附一种，最终实现电池不同金属的分离提纯。该方法工艺简单，易于操作。

（3）生物回收技术。生物回收技术是利用某些特定微生物的自然代谢作用，将电池的成分（例如金属）转化为可溶性物质，溶解到介质溶液中。进而从溶液中分离、提纯有价物质，实现目标成分的分离，可用于回收钴、锂等有价金属。该方法工艺简单，成本低，对设备要求简单，但处理周期长，效率低。该应用技术的研究尚在探索阶段，还有许多难题需要攻克，是未来电池回收技术发展的理想方向。

3 废旧电池回收行业发展前景及建议

3.1 动力电池回收利用发展前景

我国动力电池回收在产业、市场和政策方面已经呈现了广阔的发展空间。从动力电池再生利用的布局主体上看，资源、材料、电池、新能源汽车等动力电池产业链上下游相关企业，均在积极开展电池再生利用的布局，我国基本形成了动力电池系、锂电池系、第三方机构三足鼎立的雏形，龙头骨干企业和一些新兴企业正在加速发展。在商业模式上，基本形成先梯次利用后再生利用，以电池材料厂为核心构建包括整车厂、电池厂在内的生态合作圈，尽可能提高资源利用率。

在政策上，我国动力电池的标准体系正在不断完善（表1），仅2017年就出台了电池规格尺寸、编码制度和拆解规范等相关国家标准，2018年七部委联合发布了《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》，为动力电池的梯次利用提供了有力支撑。随着一系列制度的实施及技术的进步，动力电池梯次利用及回收处理将得到爆发式的发展。

表1 动力电池回收利用相关政策

3.2 动力电池回收行业发展建议

3.2.1 落实生产者责任延伸制度

七部委印发的《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》（工信部联节［2018］43号）指出，新能源汽车生产企业、电池生产企业、报废汽车回收拆解企业均应开展对动力电池回收利用的工作。新能源汽车生产企业应主动承担回收方面主体责任，报废汽车回收拆解企业应承担电池拆解方面的主要责任，其他相关企业在电池使用和回收处置过程中也应履行相应责任，共同保障动力电池的有效利用和环保处置。

3.2.2 政府引导与市场相结合

政府引导鼓励电池生产企业、汽车生产企业、报废汽车回收拆解企业与综合利用企业等，构建多种形式的生态合作关系，共同建设、使用废旧动力电池回收渠道。鼓励拆解处理企业与电池生产企业合作，携手开展动力电池回收处置的科学技术研究，引导产学研一体化协作，推动动力电池回收利用模式创新。鼓励汽车生产企业与报废汽车回收拆解企业建立深度合作关系，共享动力电池拆解和贮存技术、连通报废汽车回收网点以及报废汽车回收等信息。

在政府鼓励和引导下，实现政策与市场有机结合，以企业为主体，推动废旧动力电池处理行业实现专业化和产业化。

3.2.3 设立废旧动力电池回收处理基金

政府在发挥各相关部门监管职能的同时，加强市场与陆续出台的新能源汽车及动力电池回收等相关政策的衔接，在研究财税、环保、科技等支持政策的基础上，加快推进废旧动力电池回收处理基金的设立。该基金的设立，一方面能鼓励企业积极研发更环保的动力电池，进而加快转变经济发展方式，促进可持续发展体制机制的形成。另一方面，激发鼓励企业对废旧电池回收处理技术的研究，加快废旧动力电池回收处理向专业化、规模化、产业化发展，同时提升行业技术及装备水平，推动淘汰落后废旧动力电池回收处理企业，进而达到环境保护和资源再利用的目的。

废弃产品回收处理基金制度在我国已经发展成熟。例如2011年施行的《废弃电器电子产品回收处理管理条例》，建立了基于生产者责任延伸原则的废弃电器电子产品处理基金制度。该制度的实施，有力地促进了中国废家电处理产业的快速发展，显著提高了管理水平及资源和环境效益，为废旧动力电池回收处理行业起到了良好的标杆示范作用。