新能源汽车动力电池回收利用的现状及建议

陈益庆,查文珂,张 希,USAPORN Swekwi

(1.广安职业技术学院智能制造与汽车工程学院,四川 广安 638000;2.兰实大学工程学院,泰国 巴吞他尼 12000;3.安徽科技学院机械工程学院,安徽 滁州 233100)

随着新能源汽车产销量的增加,动力电池的安全、环保、高效使用成为讨论的热点,废旧动力电池的拆解和回收利用是研究热点之一。陈佳[1]以安全性和经济效益综合最大化为目标,提出基于机器学习的废旧动力电池安全拆解工艺路线优化方法;杨梦华等[2]利用VOSviewer 软件可视化分析了483 篇相关文献,梳理目前废旧电池回收的关键研究集中于回收方式、回收技术、回收模式等方面,为回收工作安全高效进行提供参考。针对动力电池环保和回收效率的问题,E.C.Wang 等[3]从政府政策角度分析了政府补贴对动力电池回收企业、消费者的影响,并建议政府补贴对象范围应从目前的回收处理企业逐步扩大到消费者;Z.F.Zhang 等[4]比较分析了不同政府奖惩机制(RPM)在动力电池回收利用领域的影响,提出政府应同时对整车企业和动力电池制造商实施RPM,以使闭环供应链中的所有成员都可以从RPM 中受益,提高动力电池回收效率。

探讨汽车动力电池的回收利用问题,研究相关政策,对促进汽车产业的健康可持续发展具有重要意义。本文作者分析发展动力电池回收产业对我国环境、资源、经济等方面的积极作用,针对新能源汽车动力电池回收利用存在的主要问题,提出针对性的对策建议,供有关部门和企业参考。

1 动力电池回收利用的积极作用

1.1 绿色发展,应对环境污染问题

废旧动力电池可能会对环境造成负面影响,例如,正极材料中的重金属在拆解过程中会与水、酸等反应,生成有害金属氧化物,负极材料会引起粉尘污染,隔膜会导致氟污染,电解质遇水会分解产生HF 等有害物质,电解液溶质和黏结剂燃烧会产生CO2、醛等有机污染物等[5]。需要完善废旧动力电池的回收处理流程,避免造成更严重的环境污染问题。

1.2 变废为宝,缓解资源短缺压力

再生资源、废旧物资循环利用对我国构建节约型社会意义重大。新能源汽车动力电池以磷酸铁锂和三元正极材料锂离子电池为主,其中包含大量金属,如锂、钴、镍、锰等。根据有关部门发布的《全球锂、钴、镍、锡、钾盐矿产资源储量评估报告(2021)》显示,截至2020年,全球锂矿、钴矿、镍矿资源量分别为3.49 亿吨、2 344 万吨、2.6 亿吨,开采储量分别为1.28 亿吨、668 万吨、9 063 万吨,其中,澳大利亚、印度尼西亚等国资源较为丰富。从消费端看,2020年全球锂、钴、镍的消费量分别为40 万吨、17 万吨、240 万吨[6]。若能从每年数十万吨的退役动力电池中提炼出这些金属并循环利用,可缓解我国金属资源供应压力。

1.3 产业升级,助力社会经济发展

动力电池作为汽车的动力源,成本占整车的40%～60%,产业良性发展,对整个汽车市场都会有显著影响。2017-2022年,我国新能源汽车产销量持续保持增长态势,截至2023年6月,全国新能源汽车保有量已超过1 500 万辆[7]。同样,动力电池产销量整体保持强劲增长,2023年1-3月,中国动力电池累计销量达108.5 GW·h,同比增长66.8%。国内重点企业营收情况均实现了高增长,如比亚迪2022年年度营业收入突破4 200 亿元,净利润达160 多亿,比2021年同期增长425.42%;宁德时代2022年净利润达191 亿元,比2021年同期增长82.66%;天齐锂业更为突出,实现归属于上市公司股东的净利润达231 亿元,比2021年同期增长1 011.19%[8]。据预测,到2027年我国动力电池回收市场规模将达1 300 亿元,5 a 复合年增长率达29%[9]。升级动力电池产业链,能够有效助力社会经济的快速发展。

2 动力电池回收利用现状

2.1 政策分析

近年来,国家高度重视动力电池回收利用产业发展,围绕退役动力电池回收责任、回收网点建设、资源平台搭建以及行业规范等方面出台了系列政策制度。2018年2月,工信部等联合印发《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》[10],实行生产者责任延伸制度。2019年11月,工信部印发《新能源汽车动力蓄电池回收服务网点建设与运营指南》[11],要求新能源汽车生产及梯次利用相关企业建立回收服务网点,相关企业可共享回收服务网点。2020年3月,工信部印发《新能源汽车动力蓄电池梯次利用管理办法》[12],鼓励梯次利用企业与新能源汽车生产、动力蓄电池生产、报废机动车回收拆解等企业合作,加强信息共享,高效利用现有回收渠道。2022年2月,工信部等联合印发《关于加快推动工业资源综合利用的实施方案》[13],要求完善废旧动力电池回收体系,健全管理体系。2022年12月,工信部公布《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》企业名单(第四批)[14],公示了第四批动力电池综合利用企业名单,共包含17 省市41 家企业,旨在通过优秀企业示范引领作用激发市场活力。虽然相关政策与标准陆续颁布,但从电池回收利用市场的反馈来看,仍然存在以下几个方面的问题[15]:①政策标准更新滞后,缺乏具体实施细则,部分政策难以实施或实施效果不佳;②环境治理成本高,传统企业挣扎在“高投入、低产出、低盈利”的困境中,对回收利用关键技术及工艺研发的投入力度不够;③宣传力度不够,民众对废旧动力电池的危害认识不足,环保意识不强。

2.2 模式分析

目前,在生产者责任延伸制度下,电池生产企业、行业联盟及第三方回收利用企业是汽车废旧动力电池回收利用的主体,回收模式正是围绕这些主体展开构建的[16]。这种回收利用模式存在明显的局限性。动力电池生产企业回收技术难度小,但回收能力有限,回收渠道少,资金压力大;行业联盟影响力大,但对联盟成员企业间的协作水平要求较高,目前尚未建立相应的体系;第三方回收企业回收网络较畅通,但技术参差不齐,再造质量难以保证[17]。传统模式已无法适应产业发展需求,急需升级与完善。动力电池回收模式及其缺点分析见表1。

2.3 技术分析

目前,废旧动力电池回收利用处理技术可分为两类:浸出回收技术和煅烧浸出相结合的回收技术。常用的回收方法有湿法冶金法和火法冶金法。湿法冶金法是在溶液体系中完成金属元素的浸出、富集与提取,工艺流程复杂冗长,回收的电解液及浸出残液易造成二次污染,回收成本高;火法冶金法通过冶炼、煅烧等过程回收镍、锌等重金属,回收效率较高,但空气参与作业易造成二次污染,工艺技术要求高,前期投入大,能耗高。在追求环保、节能、高效的产业发展形势下,传统单一的动力电池回收利用方法或技术工艺已无法满足企业发展需要。为实现动力电池高效回收,急需结合电池的材料、特性和结构,对回收系统和技术进行升级[18]。

3 动力电池回收利用对策建议

3.1 健全法律法规

政策标准先行,为行业发展保驾护航。首先,需要健全相关法律法规,强化政策执行力度,为动力电池回收企业提供法律支持。在开展相关政策制订工作时,应紧密结合动力电池综合利用的研发方向、成果应用、规范管理等内容,确保从电池研发生产到回收利用的关键环节都有法可依。其次,应充分发挥政府的宏观调控作用,基于国家动力电池回收利用标准体系框架,从实际应用场景、退役动力电池特性、经济效益和安全性出发,完善从国家标准、行业标准到企业标准的不同层面标准体系建设,同时加强政策上的鼓励、经济上的补贴、技术上的扶持;此外,还应加大宣传力度,政府主管部门和相关单位在废旧动力电池回收利用监管过程中,应联合多平台,采取多种形式开展动力电池回收主题宣传,充分发挥政府和龙头企业的引领示范作用,加强对电池回收利用方法和相关法律法规的科普宣传,不断强化消费者和相关主体对废旧动力电池回收利用的认识。

3.2 完善回收体系

完善回收体系,充分激发市场活力,需要构建“1+1+N”多元化动力电池回收利用模式。其中,第一个“1”代表政府主管部门;第二个“1”代表动力电池回收网络共享平台;“N”代表包含新能源汽车生产企业、动力电池生产企业、动力电池回收利用资源再生企业及消费者在内的所有主体,覆盖动力电池的完整生命链。在整个电池回收体系中,各责任(参与)主体角色应找准自身定位,明确职责分工,如表2所示。

表2 责任主体在回收体系中的角色及责任分工Table 2 Role and division of responsibilities of responsible subjects in the recovery system

从表2 可知,在政府主管部门的宏观引导下,依托网络信息技术共享平台,可打通动力电池的流通链和回收链,实现动力电池生产-消费者-回收利用的全链条闭环。该模式可以解决当前动力电池回收模式中的渠道不畅通、技术标准不统一、市场主体活力不够等问题。

3.3 升级关键技术

拆解回收是比较有前景的动力电池回收方式。拆解回收通过放电、切割、破碎、分离和提炼等工序回收废旧动力电池中的金属(主要是镍、钴、锂),并对这些金属进行再利用。企业可对动力电池包、电池模组、电池单体自动拆解技术进行升级,降低损耗,提高物理回收率;也可加大正、负极材料技术开发力度,配套使用定向循环技术提高回收率;还可升级动力电池健康状态评估技术,提高评估结果准确度。当前湿法回收技术相对成熟,应用广泛,国内的格林美、邦普循环及英国原子能管理局(AEA)、德国IME GmbH 等国际上的龙头企业均采用湿法回收技术,回收锂、钴、镍等金属资源。另外,生物浸出技术具有污染小、成本低的特点,同样具有较好的发展前景。

4 结论与展望

随着新能源汽车产业快速发展,大量动力电池退役给行业带来了巨大挑战。在面临环境、资源、经济等多重压力的情况下,政府、企业等不得不采取必要的措施予以应对。

加强动力电池回收利用有助于应对环境污染问题和缓解金属资源短缺问题,促进新能源汽车和动力电池产业升级,助力我国经济发展。当前,动力电池回收利用行业依然存在政策制度与技术标准滞后、回收利用体系不健全、市场主体活力不够等问题。此外,动力电池回收技术工艺单一落后,回收流程冗长粗放,回收效率低,运营成本高,这些问题都会严重限制产业和企业的发展。

要实现动力电池绿色经济高效回收,应健全法律法规,完善回收体系,改进回收利用技术。需要整合政府、企业、消费者等多方力量,通过政策扶持、体系保障、技术创新,最大限度激发市场活力,助力动力电池产业良性循环和可持续发展。