新能源汽车电池回收研究进展

陈炳谕

新能源汽车电池回收研究进展

陈炳谕

（上海电力大学 数理学院，上海 200070）

近年来，尽管新能源和可再生能源不断发展，但人类使用的能源仍以化石燃料为主，这导致全球碳排放量巨大，对人类环境造成了极大的破坏。作为一种继燃料汽车之后的新能源汽车，对于节能减排，实现“碳中和”目标起到积极作用。新能源汽车作为未来大力发展的产业，国家在政策方面给予了大力支持。作为一种新的工业模式，新能源汽车虽然是发展的重点，但是新能源汽车电池回收仍然存在很多问题，这就吸引了大批学者参与到有关电池回收的课题当中。新能源汽车发展潜力巨大，对于电池回收方向的研究也在不断深化。文章回顾了我国新能源汽车发展历程，整理了新能源汽车电池回收方法以及遇到的问题，并提出相应建议，希望能对以后学者研究提供帮助。

电池回收；动力电池；新能源汽车；文献综述

虽然中国的新能源汽车技术起步较晚，在先进技术层面上与国外还存在较大差距，但伴随着“十二五”规划的进行，政府出台了一系列的财政补贴政策和激励措施，以此推动了中国新能源汽车行业的蓬勃发展，目前中国已经处于全球领先行列。根据国家统计局数据显示，2019年新能源汽车销售量达到了287.3万量，比2016年增长了近2倍，2017年到2018年增速最大。

中国汽车协会、中国汽车动力电池产业创新联盟于2022年10月发布了《2022年9月动力电池月度数据》。数据显示，1月和9月分别产销471.7万辆、456.7万辆新能源汽车，分别同比增长1.2倍、1.1倍。市场份额达到23.5%。1－9月，我国动力电池产量累计372.1 GWh，累计同比增长176.2%。

目前为止，中国在新能源汽车行列中处于全球领先位置，政府提供了大量政策扶持。自2001年被国家列为“十五”期间“863”重大科技专项的新能源汽车研究项目，以及2009年新能源汽车产业的迅猛发展，国家从2010年开始启动私人购买新能源汽车补贴试点工作，试点城市包括上海、长春、深圳、杭州、合肥等5个城市。新能源汽车的发展方向在国务院2012年制定发布的《节能与新能源汽车产业发展规划（2012－2020年）的通知》中已有所指明，2013年补贴标准细化，补贴范围扩大，2014年后补贴标准呈现逐步下降趋势。直到新能源汽车购置税补贴于2022年底结束，同时北京市将购置补贴延长到2023年底。

1 新能源汽车电池回收文献分析

目前全球最大的中文数据库－中国知网（China National Knowledge Infrastructure, CNKI）在国际上处于领先水平。CNKI是国内外学者使用较多的数据库之一，集期刊杂志、博士、硕士、会议论文和工具书、年鉴、专利、标准、国学及海外文献资源为一体，涵盖各学科。因此，本研究在2022年12月使用CNKI来检索文献。

通过对主题“电池回收”进行检索，共有3 851篇文献，将其按照时间顺序排列，如图1所示，数据表明，有关“电池回收”方面的研究从2004年开始基本呈现上升式发展，2018年文献发表数量陡然上升。其中期刊论文占有2 871篇，如图2所示，数据表明，有关电池回收类的期刊数量呈现上升趋势，近几年期刊发表数量波动明显，受疫情影响预计未来几年期刊数量仍然有一定波动，不过波动会逐渐减弱，将来有关电池回收的期刊论文数量会逐渐增加。

2 新能源汽车电池回收目前主要研究成果

通过对主题“电池回收”进行检索，共有3 851篇文献。由于文献内容过于庞大，笔者为了从中筛选出契合度较大，影响力较高的文献，首先只保留科学引文索引（Science Citation Index, SCI）、工程索引（Engineering Index, EI）、中文核心期刊（北大）、中文社会科学引文索引（Chinese Social Sciences Citation Index, CSSCI）（南大）、中国科学引文数据库（Chinese Science Citation Database, CSCD）（中科院）5个重要期刊。通过检索得出相关期刊论文仍有461篇，在结果中以“电池回收”和“新能源”为主题检索得出共有期刊63篇，为了保证研究的前沿性，将研究范围缩短至近5年（2018－2022年）最后共得出48篇期刊论文。最后通过对全文筛选和质量评估进行最后一轮筛选，最终得到42篇文献。通过对文献进行研究分析，最终从影响因素、回收现状、面临困境及发展策略和未来发展趋势四个方面进行分析。

2.1 新能源汽车电池回收影响因素研究

陈吉清等通过波特五力模型分析说明政策对内减少中小企业的资源，对外放宽外资企业的涌入是影响汽车电池回收产业的关键因素[1]。贾俊秀等通过斯坦克尔伯格博弈模型，构建数学模型实证分析证明了在政府补贴策略下能提高电池续航能力、废旧电池回收率以及供应链企业的利润[2]。王萍等通过比较国内外电池回收利用法律法规说明了国民认知不足、企业受限、回收成本高以及电池类型、结构、核心差别大是制约汽车电池回收的因素[3]。潘苏楠等通过采用生态学视角类比价值研究方法说明了电池回收的技术创新与动力电池回收循环利用方法创新能促进汽车电池回收效率[4]。张厚明通过理论分析指出动力电池企业利润减少、产能过剩、跨国公司的冲击、产业核心技术不足是制约动力电池发展的因素[5]。

通过对相关论文进行总结，发现影响汽车电池回收的因素主要在于外资企业对国内企业造成的冲击，迫使国内企业降低利润，同时国内受限于产业核心技术创新不足和国家政策支持等方面。

2.2 新能源汽车电池回收现状研究

新能源汽车电池主要有钴酸锂、磷酸铁锂、镍氢、三元锂和铅酸电池，笔者将对这五种电池进行归纳整理。

1.钴酸锂电池回收研究

曹远鹏等通过结合钴酸锂正极材料行业现状，总结了以钴酸锂正极材料为主流的汽车电池回收工艺[6]。作者分别对湿法冶金工艺，火法冶金提取金属元素工艺和直接再生正极材料工艺三种工艺进行比较并指出不同回收工艺的优劣情况。

2.磷酸铁锂电池回收研究

陈永珍等对废弃磷酸铁锂回收利用技术进行了总结，并分析了废弃磷酸铁锂电池回收利用的经济效应[7]。目前，技术层面上的废弃磷酸铁锂材料回收主要有化学沉淀法回收、高温固相修复及再生、生物浸出与电化学法回收处理技术等几大类。作者通过比较各种回收方法得出使用高温固相修复及再生技术具有更高的回收效益。

3.镍氢电池回收研究

张彬等就机械法、火法、湿法、生物冶金法、正负极分离处理技术、废氢镍电池再生技术等当前处理废氢镍电池的主要方法进行了论述[8]。尽管大多数学者的研究都以湿法处理技术为主流，但这种回收模式很容易受到酸的种类、浓度、温度等方面的影响，这就要求学者对这些影响因素进行更深入的研究。

4.三元锂电池回收研究

王皓逸等论述了退役三元锂电池材料回收处理流程[9]，首先退役三元锂离子电池经过预放电处理，再对电池进行拆解分离，最后进行正极材料回收再生。三元锂电正极材料回收再生目前主要有湿法冶金技术和物理修复再生技术两大部分。湿法冶金工艺回收再生过程中包含浸出和再生两种，其中浸出体系包括酸浸、碱浸以及生物浸出三类，正极材料的再生主要包括沉淀法和溶胶-凝胶法。物理修复再生法技术主要包括固相法、溶剂（水）热补锂法和熔岩修复法。

5.铅酸电池回收研究

林朝萍论述了常用的铅酸电池回收技术并介绍了铅酸电池回收处理的新方法[10]。目前铅酸电池回收主要有火法冶金和湿法冶金两种技术，其中湿法冶金技术更具有环保优势，尽管以上回收方法取得了良好的应用，但还是存在效率低、二次污染等问题。于是作者介绍了原子经济、柠檬酸焙烧、膜直接电解等新方法，不仅能有效缓解当前面临的问题，还能有效提高经济效益。

2.3 新能源汽车电池回收面临困境及发展策略

王佳等认为汽车电池回收过程中如果废旧电池得不到科学回收和处置，将会造成巨大的环境破坏[11]。由于电池中含有大量稀贵金属，比如钴、镍、锰、锂等金属，这些金属是全球公认的战略资源，如果废旧电池不能有效回收利用，将造成大量金属资源的丢失；由于正规回收企业太少，电池回收还存在无电池回收的尴尬局面，真正科学有效回收的为数不多。很多不合规的小型企业为了牟取电池回收带来的利益，与正规回收企业相互竞争，这给电池回收带来了巨大的挑战。针对这些问题，作者建议对动力电池非法回收渠道进行严厉打击，加大对合法、合规的动力电池回收渠道的支持力度，强化以生产者为主体责任的动力电池回收模式，同时回收企业应不断加强回收设备的智能化改造工作等措施等。

昝文宇等主要探讨了新能源汽车电池拆解的问题，动力锂电池梯次利用大致分为拆解、余能检测、筛选和重组四个阶段[12]。由于国内梯次利用体系比欧美国家建立较晚，在核心设备和技术上的存在差异，在拆解锂电池上存在安全问题、对于废旧电池的剩余寿命及电池状态无法系统评估、梯次利用产业链和商业模式也存在不足等问题。作者建议企业应投入更大资金与研究力度，实现技术创新与突破，同时建议国家应加大对企业的相应政策支持。

卢超等指出电池回收过程中存在定价不合理，协调机制不完善等问题[13]，针对这些问题，作者构建了两阶段逆向供应链分散式和集中式定价模型，指出企业要手机消费者的需求信息并对出厂的动力电池进行全生命周期监测，政府应给予一定补贴促使消费者购买回收维修后的动力电池并且尽快出台和完善动力电池回收利用的管理制度。谢家平等构建新能源汽车销售及动力电池回收的多级供应链网络，找到了电池回收平衡的最优条件，有利于帮助政府改善回收体系不完善的社会问题[14]。吴小员等指出退役电池梯次利用市场的未来发展受退役动力电池梯次利用的安全性影响最大[15]。为利用民用梯次产业推动未来发展，应制定与民用梯次企业相匹配的电池回收策略，并加强对其全生命周期的监控，以推动梯次利用民用市场快速增长。

对于新能源汽车电池回收利用方式，学者们主要是针对梯级和再生利用两类，而国内学者大都更倾向于梯级利用方面的研究。学者们对于新能源汽车电池回收存在的问题及策略分析主要分为社会问题和技术问题。社会问题方面主要存在消费者对于电池回收认识不足、政府政策对企业支撑不足、政府对电池回收监管不足、外来企业涌入等；技术问题方面主要存在电池技术创新不足、电池回收利用循环方法体系创新不足、电池拆解技术安全问题存在短板等。学者们的研究成果主要集中在大范围的领域进行研究，很少有关于针对某一具体企业的研究，像比亚迪、宁德时代等电池制造商作为国内重要新能源企业，有必要对这些企业进行有关研究，由此笔者建议未来有关新能源电池回收的研究可以通过具体到研究某一企业的电池生产模式、电池销售模式、电池回收模式，分析其模式中存在的问题并给出相应措施，给其他新能源汽车电池行业带来吸收经验，借鉴优良体系的机会，由此来弥补自身发展模式的不足，最后达到促进整个新能源汽车电池行业的发展的目标。

2.4 新能源汽车电池回收发展趋势

郑林昌等针对新能源锂电池回收提出要尽快制定强制性锂电池回收政策体系、重视中国地区差异化，加快锂电池回收政策制定由政府推动向市场推动转变[16]；王聪提出将外包装的功能设计与艺术设计有机结合，促进动力电池系统的可持续发展服务[17]；赵世佳等提出要优化动力电池回收设计、改进电池回收利用管理体系、加大对动力电池技术研发的支持力度、实现动力电池向商业化方向转型发展等[18]；姚沛帆等提出要提高退役电池回收率并对其中的关键资源进行高效清洁提取，进一步推动电动汽车行业低碳可持续发展[19]。李建林等提出在检测和筛选方面需设计更加有效的检测和评估方法；在电池管理方面要开展电池全寿命状态估算法研究，增加电池寿命预测功能，并增加可以提高电池寿命的技术；在电池安全方面要开展多级安全监控技术研究，保障梯次电池储能的安全性[20]。张学梅等提出通过再生利用工艺，定向制备动力电池正极材料，形成闭路循环。该方法不仅能缓解我国矿产资源压力，还能有效避免我国矿产资源被国外垄断的尴尬局面，以此推动新能源汽车行业高质量可持续发展[21]。

在实现“碳达峰、碳中和”的重大战略决策下，发展新能源汽车电池技术是当今多数学者的研究方向。如今国内应当学习国外电池回收先进技术，加快产业核心技术的研发，重视建立完整高效的回收体系，政府也应给予相应政策支持，扩大国内新能源汽车电池行业在国外的竞争力，推动新能源汽车行业高质量可持续发展。

3 总结

汽车电池回收主要分为梯次利用和再生利用两类，梯次利用模式是目前大多数学者研究的主流。由于汽车电池中含有大量有价值的金属元素，因此，在回收废旧汽车电池方面也不能忽视对再生利用模式的关注。

本课题主要从新能源汽车电池回收的影响因素、回收现状、面临困难及发展策略和发展趋势等方面进行研究。其影响因素中大多数研究停留在政策以及技术层面上，重复度高，创新性不足；在回收现状方面都统一存在技术问题挑战着科学界的问题；关于发展中遇到的问题，主要存在电池拆解难，回收利润低，不合规小作坊多，缺乏对某一具体企业进行研究等问题。各企业应着重在技术领域、回收体系方面进行创新。学者们可以将研究领域渗透到具体企业中，不仅可以增强实证分析，还能为其他企业提供宝贵经验，为实现新能源汽车电池回收可持续发展做出贡献。

[1] 陈吉清,翁楚滨,兰凤崇,等.政策影响下的动力电池产业发展现状与趋势[J].科技管理研究,2019,39(9): 148-157.

[2] 贾俊秀,赵学科.政府补贴下新能源汽车供应链电池续航能力及回收策略[J].系统工程学报,2022,37(3): 330-343.

[3] 王萍,刘波,高二平,等.车用动力电池回收利用标准的现状及建议[J].电池,2020,50(3):280-283.

[4] 潘苏楠,李北伟,聂洪光.我国新能源汽车产业可持续发展综合评价及制约因素分析:基于创新生态系统视角[J].科技管理研究,2019,39(22):41-47.

[5] 张厚明.我国新能源汽车动力电池产业发展面临的问题与建议[J].科学管理研究,2018,36(6):58-61.

[6] 曹远鹏,张艺博,段建国,等.废旧锂离子电池钴酸锂正极材料回收研究进展[J].中国有色冶金,2022,51 (5):23-31.

[7] 陈永珍,黎华玲,宋文吉,等.废旧磷酸铁锂电池回收技术研究进展[J].储能科学与技术,2019,8(2):237- 247.

[8] 张彬,罗本福,谷晋川,等.废旧镍氢电池回收再利用研究[J].环境科学与技术,2014,37(1):135-143.

[9] 王皓逸,邹昱凌,孟奇,等.退役三元锂离子电池正极材料高效清洁回收技术研究进展[J].人工晶体学报,2021,50(6):1158-1169.

[10] 林朝萍.废旧铅酸电池的回收技术新方法及其研究进展[J].资源再生,2022(7):55-58.

[11] 王佳,黄秀蓉.废旧动力电池的危害与回收[J].生态经济,2021,37(12):5-8.

[12] 昝文宇,马北越,刘国强.动力锂电池回收利用现状与展望[J].稀有金属与硬质合金,2020,48(5):5-9,71.

[13] 卢超,赵梦园,陶杰,等.考虑需求和质量双重风险的动力电池回收定价策略和协调机制研究[J].运筹与管理,2020,29(4):195-203.

[14] 谢家平,李璟,杨非凡,等.新能源汽车闭环供应链的多级契约决策优化[J].管理工程学报,2020,34(2):180- 193.

[15] 吴小员,王俊祥,田维超,等.基于应用需求的退役电池梯次利用安全策略[J].储能科学与技术,2018,7(6): 1094-1104.

[16] 郑林昌,张亚楠,李泽阳,等.不同消费情景下中国新能源汽车锂回收潜力[J].资源科学,2022,44(1):97-113.

[17] 王聪.动力电池回收体系的外包装功能设计与艺术设计的融合:评《动力电池梯次利用与回收技术》[J].电池,2022,52(4):479-480.

[18] 赵世佳,徐楠,乔英俊,等.加快我国新能源汽车动力电池回收利用的建议[J].中国工程科学,2018,20(1): 144-148.

[19] 姚沛帆,黄庆,张西华,等.中国退役动力电池中关键资源回收潜力研究[J].稀有金属,2022,46(10):1331-1339.

[20] 李建林,李雅欣,吕超,等.退役动力电池梯次利用关键技术及现状分析[J].电力系统自动化,2020,44(13): 172-183.

[21] 张学梅,吴奔奔,明帮来,等.退役动力电池回收再生技术系列标准解读[J].电池,2022,52(5):569-573.

Review of Research on Battery Recycling for New Energy Vehicles

CHEN Bingyu

( School of Mathematics and Physics, Shanghai Electric Power University, Shanghai 200070, China )

In recent years, despite the continuous development of new and renewable energy, fossil fuels are still the main energy used by human beings, which leads to huge global carbon emissions and great damage to human environment. As a new energy vehicle after fuel vehicles, it plays a positive role in energy saving and emission reduction and achieving the goal of "carbon neutrality". The state has given strong support on the industry of new energy vehicles in terms of policy. As a new industrial mode, although new energy vehicles are the focus of development, there are still many problems in the battery recycling of new energy vehicles, which attract a large number of scholars to participate in the topic of battery recycling. The development potential of new energy vehicles is huge, and the research on the direction of battery recycling is also deepening. This paper reviewed the development history of new energy vehicles, sorted out the new energy vehicles battery recycling methods and problems, and gave corresponding suggestions, hoping to help the future scholars.

Battery recycling; Power Battery; New energy vehicles; Literature review

U469.7

A

1671-7988(2023)19-189-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.019.037

陈炳谕（2002－），男，研究方向为应用物理，E-mail:1211754626@qq.com。