新能源汽车动力电池回收利用模式分析

无锡商业职业技术学院 路 露

近年来，新能源汽车越来越受到人们的关注，电动汽车市场发展规模日益庞大。然而动力电池使用寿命一般仅为5年～6年，当电动汽车的动力电池容量衰减到80%时，就无法满足电动汽车的使用要求，这就意味着未来几年会有大量动力电池面临报废回收。如果回收处置不当，不仅会造成严重的环境污染，也是对电池价值的巨大浪费。因此，如何有效合理地利用退役动力电池成为人们关注的热点。目前常用的新能源汽车动力电池再利用的方法主要有拆解回收和梯次利用两类。

1 拆解回收

由于锂离子动力电池具有电容量大、能量密度高、循环性能好等优点，广泛应用于新能源汽车。锂离子动力电池电极材料中含有大量的重金属，当电池报废时，如果不能进行有效地拆解回收，不仅会造成资源浪费，还会带来环境问题。目前锂离子动力电池的拆解回收方法主要有物理法、生物法和化学法。物理法主要是通过机械处理，利用碾碎、筛分、磁分离等物理方法进行电池组分的初步分离，这种方法的优点是工艺流程少、技术比较成熟，但是在筛选时，存在夹带损失，而且很难实现金属完全分离，导致回收并不彻底。生物法主要是利用氧化硫硫杆菌、嗜酸菌等微生物浸出，将有用成分转化为可溶化合物来实现金属组分的分离，这种方法的优点是环境污染小、菌种可重复利用，但是由于菌种的选择困难、菌种培养周期长，导致回收的效率低。化学法主要有火法处理和湿法处理两类。其中火法处理是将电极材料进行高温熔融，从而提炼金属，这种方法处理成本高、二次污染严重，而且无法回收金属锂，显然并不适用于新能源汽车动力电池的回收。另一种化学法是湿法回收，利用浸出液将金属浸出至溶液，再进行分离纯化，这种方法成本较低、技术成熟，特别适用于中小规模锂离子电池的回收。

下面以应用较广泛的三元锂离子电池为例，探讨如何采用湿法冶金技术进行拆解回收。湿法冶金技术主要步骤包括前处理、预处理、酸（碱）液浸出、浸出液除杂、分离萃取及元素沉淀等。湿法回收工艺先对材料进行预处理，再通过酸（碱）液浸出，将金属以离子形式回收，通过分离萃取、元素沉淀提取金属材料。如通过湿法回收工艺处理LiNi1-x-yCoxMnyO2正极电极材料，以硫酸作为浸出剂得到浸出液，再向浸出液中加入氧化剂高锰酸钾，与三价锰离子发生选择性反应，得到二氧化锰、氢氧化锰沉淀，再通过丁二酮肟分离提取二价镍离子。通过氢氧化钠将钴离子转化成沉淀，再加入饱和碳酸钠溶液，将剩余的锂离子形成碳酸锂沉淀，最终实现LiNi1-x-yCoxMnyO2正极电极材料中各金属元素的回收。

2 梯次利用

新能源汽车动力电池容量衰减到80%时，就会成为退役动力电池。如果将退役动力电池直接进行拆解回收，会造成极大的资源浪费。研究显示，新能源汽车退役动力电池仍有多达400次～1 000次的循环，虽然无法满足新能源汽车的性能需求，但仍可梯次利用在其他场合发挥其作用，只有容量衰减很多（低于20%）的锂离子动力电池才会直接送往具备相关资质的企业进行拆解回收。对于容量衰减较少的退役动力电池，可以通过筛选、修复、增容等技术处理，用于低能耗车辆。无法满足车辆能耗的动力电池也可应用于可再生能源发电、小型蓄能电站、智能电网的削峰填谷、微网、电动汽车充换电站、家庭备用电源等领域，在一定程度上降低电池储能系统的成本，优化储能配置，对于促进电池储能在我国的发展应用具有积极的作用。对退役动力电池进行梯次利用，延长了电池的使用寿命、发挥了电池的容量价值、缓解了大量电池回收工作的压力，分摊了消费者的使用成本，具有重要的社会意义和经济效益。

从新能源汽车上回收的退役动力电池的容量、内阻、自放电率及二次循环寿命等技术指标都不同于新电池，故而无法直接应用于其他领域，因此要正确估计退役动力电池的剩余价值，选择具有电池一致性的单体电池，重组电池包，才能防止出现某一电化学储能性质较差的电池单体影响整个电池包的储能性质，实现退役重组电池包的性能最大化。首先，无损拆解退役新能源汽车动力电池组，获得电池单体。如果在拆解过程中出现破损，则筛选出可再用的电池单体进行修复，并重新充电，充电完毕后进行性能检测，筛选出额定电压与实际电压之差不大于0.02 V且实际容量不低于标称容量的70%的电池单体（测试过程可参照国标GB/T 31467.2—2015），对不能达标的电池单体进行报废处理。然后，再将筛选出的电池单体配对重组成动力电池组，梯次利用于可再生能源发电、家庭备用电源等领域。

目前，国内也有一些企业开展动力电池梯次利用项目。如北京市的“梯次利用电池储能系统示范工程”项目就是利用退役动力电池实现调节功率/电压、备电。唐山供电公司通过退役动力电池为用户提供可靠和高质量供电，实现削峰填谷离网运行。中国电力科学研究院利用退役动力电池实现了风电平滑调频。

虽然目前新能源汽车退役电池的回收再利用已有了较成熟的方案，但退役电池的回收再利用技术难度高、资金投入大，导致很多企业望而却步，所以目前国内从事退役新能源汽车动力电池回收再利用的企业还相对较少，导致动力电池回收利用率仍然较低。因此，在新能源汽车动力电池退役大潮来临之前，还需要政府大力扶持，不断完善相关技术规范，贯彻动力电池全生命周期理念，以促进新能源汽车动力电池回收再利用产业的发展。