退役动力锂电池循环利用研究

关键词：退役动力锂电池；循环利用；评估与分类；产业化

中图分类号：TM912.9 文献标识码：A

0引言

动力锂电池是新能源汽车中最核心的组件之一，其承担着能量存储和供给的重要任务，随着电动汽车及储能市场的快速发展，动力锂电池的需求也在不断攀升[1]。这类电池通常采用锂离子技术制造，具有高能量密度、长循环寿命和对环境影响小等优点。锂电池的生命周期是有限的，一般在汽车上服役5-8年后，其性能就会明显下降，到了这个阶段，就需要进行退役处理。随着退役动力锂电池数量的增加，对其处理和利用提出了新的挑战和机遇。在退役处理中，可以采用回收再利用、梯次利用等方式，将其转化为其他用途，以最大程度地发挥其剩余价值。

新能源汽车大范围推广的同时，退役动力锂电池数量逐年上升，这些电池若处理不好，在浪费其有价金属资源的情况下，有可能给环境带来严重的污染。退役动力锂电池循环利用，关系到环境保护和资源的可持续利用，通过退役电池高效回收再利用，可将资源浪费与环境污染降到最低程度，达到经济效益与环境效益共赢。

本文研究目的，是对退役动力锂电池循环利用技术进行深入探究，对产业化发展现状及趋势进行剖析，提出解决措施及策略。通过本文的研究，能够促进退役动力锂电池回收效率的提高，推动相关行业的发展，也能为政策的制定提供科学依据，研究对促进新能源汽车行业健康发展、能源结构转型及可持续发展有着重要的指导意义[2]。

1退役动力锂电池的评估与分类

1.1检测与评估方法

退役动力锂电池进入循环利用流程前，必须对其进行严格测试和考核。这包括对电池的电化学性能（例如容量、内阻、循环寿命）进行测试，以及对电池的结构完整性、安全性能进行评估[3]。常见的检测技术有充放电测试、阻抗谱的分析和X射线衍射（XRD）以及扫描电子显微镜（SEM）等多种方法，综合评价上述参数可判断电池剩余价值和确定后续利用方式。

1.2分类标准

退役动力锂电池一般以化学成分、结构类型、健康状况和使用历史等为依据进行划分。基于其化学构成，可以将其分类为锂铁磷（LFP）、锂镍钴锰（NCM）和锂镍钴铝（NCA）等几种。按结构类型可分为软包电池和硬壳电池。按健康状况可划分为表现好、表现中和表现差3个层次。制定分类标准，有利于对电池进行精细化管理，优化资源配置。

1.3预处理流程

预处理流程是退役动力锂电池循环利用的重要环节，其包括放电、拆解、粉碎和筛选等一系列步骤。

（1）通过放电设备将电池中的残余电量降至安全水平，这一步骤至关重要，因为未经放电的电池在拆解和处理过程中存在安全隐患，可能导致热失控、短路甚至起火等事故[4]。放电后，电池的安全风险大大降低，为后续处理提供了安全保障。

（2）对电池进行精细的拆解，将电池的各个组件分离出来，这些组件包括电池单体的正极材料、负极材料、隔膜和外壳等。拆解过程中，需要特别注意材料的完整性和结构的保护，以便于后续的回收和再利用，拆解后电池的内部结构被充分暴露，为后续处理提供了便利。

（3）通过粉碎机将电池材料细化。粉碎的目的，是将电池材料处理成较小的颗粒，增加材料的表面积，便于后续的化学处理，粉碎后的电池材料更容易与化学试剂反应，提高了有价金属的回收效率。粉碎过程也有助于破坏电池材料的团聚结构，使得回收过程更加均匀和彻底。

（4）通过筛选设备去除粉碎后的电池材料中的杂质，这一步骤对于提高回收材料的纯度至关重要。通过筛选可以得到相对纯净的电池材料，为后续的回收和再利用做好准备，筛选后的材料可以进入湿法冶金、火法冶金或其他回收工艺，进一步提取其中有价值的金属和其他组分。

通过这一系列的预处理流程，退役动力锂电池被有效地转化为可回收和再利用的资源，实现了资源的循环和环境的保护，具体退役动力锂电池的预处理流程如图1所示。

2退役动力锂电池的循环利用技术

2.1锂电池的拆解

拆解回收退役动力锂电池，是实现循环利用的首要环节，主要用于对电池有价组分进行安全有效分离。通过放电设备将电池剩余电量降至安全水平，然后采用物理或机械方法（如切割、破碎、筛选等）将电池拆解为电池单体。对电池单体进行更深入的分解，从而区分出正极、负极、隔膜以及电解液等多个部分。

2.2锂电池中有价金属的回收技术

锂电池有价金属回收，不仅关系到环保，而且也是资源循环利用过程中至关重要的一步，回收效率与回收过程中经济价值及环境效益直接相关。行业内开发了各种回收技术以迎接这一挑战，其中湿法冶金技术可以通过浸出，沉淀及置换等精细化学操作实现废旧电池有价金属的有效回收，但火法冶金技术是在高温环境下采用熔炼、还原的工艺来回收有价金属。

伴随着生物技术的发展，微生物法逐渐成为回收领域中的一颗新星，其利用微生物天然代谢功能为回收过程的研究提供一种新思路。

这几种方法各有特点，各有其优点和局限性，实际使用时需从电池类型，金属含量和成本效益几个方面进行考量，并选择最合适的回收技术。

2.3锂电池材料的再生与再利用

退役动力锂电池再生利用具有重要价值，正极材料中存在有价值的有价金属，经回收处理可再次应用于新型锂电池正极材料的制备，有利于降低稀有金属需求量和生产成本。

负极材料中碳材料可应用于超级电容器和碳纤维的制备，扩大应用领域和提高资源利用效率。隔膜材料可采用熔融再生和溶解再生两种方式进行回收，以降低新材料需求量，降低生产成本和减小环境影响。电解液中有机溶剂及锂盐还可经蒸馏、萃取回收，降低资源浪费及环境污染。

实现退役动力锂电池回收，既有利于资源循环利用又能减少自然资源开采、保护环境和可持续发展。

2.4锂电池的梯次利用技术

梯次利用被视为一种高效率的资源使用策略，它通过将已退役的动力锂电池转换为其他功能，从而最大化其潜在价值。从电池性能等级上看，退役电池可用于储能系统，备用电源和移动电源中，并在社会各领域提供可靠能源支持。

梯次利用时，电池的性能评估、重新组合、管理与维护非常关键，才能保证电池在新型应用场景下安全稳定运行，其中包括电池的严格检测与试验、电池可用性与适用性的判定、以及保证电池性能与安全的必要措施。

实行梯次利用技术，既能延长电池使用寿命、减少废弃电池给环境带来的不利影响，又能降低新电池产生的要求，使资源得到最大限度利用，这一循环利用有利于减少稀有资源依赖、能源生产碳足迹和能源可持续发展。所以，梯次利用技术对促进清洁能源与循环经济发展有重大意义，有利于构建更可持续能源体系与社会经济模式。

3退役动力锂电池循环利用的产业化发展

3.1产业现状

退役动力锂电池回收行业，是一个正在兴起并迅速成长起来的行业。随着电动汽车市场规模的不断扩大，退役电池数量快速增长，促进回收利用产业蓬勃发展。目前世界各国都已建立起具有一定规模，由回收、拆解、物料回收再利用各个环节组成的回收体系。受技术、经济等方面的限制，其回收利用效率还有待提高，各国、各地区产业化水平差别很大。

3.2政策与法规

政策法规对促进退役动力锂电池循环利用行业发展具有重要意义，政府通过出台相关法律法规对电池回收利用进行规制，以促进行业良性发展。以欧盟为例，欧盟执行关于各成员国回收电池的指令，制定回收率的目标。中国亦推出了如《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》等相关政策，这些政策明确了关于回收的责任、监督机制以及激励方案[5]。

3.3技术创新

技术创新是推动退役动力锂电池回收利用行业发展的关键动力，当前科研机构与企业都在电池拆解，材料回收以及有价金属提取领域进行着新的技术探索。如采用自动化拆解技术，提升拆解效率与安全性；先进湿法冶金技术使有价金属回收率增加；直接回收技术等新的回收工艺可以回收物料而不损坏电池结构，减少回收成本。

3.4商业模式

商业模式创新对于退役动力锂电池循环利用产业的发展同样重要。传统的回收模式正在向闭环回收、联合回收等新模式转变。闭环回收模式通过与电池制造商、汽车制造商等合作，实现电池材料的闭合循环；联合回收模式则是将多个环节的企业联合起来，形成产业链协同效应。一些企业还探索了电池租赁、共享电池等新型商业模式，以推动电池的循环利用。不同国家和地区的退役动力锂电池循环利用产业化发展情况，如表1所示。

4挑战与展望

4.1技术难题

尽管退役动力锂电池的循环利用技术已经取得了一定的进展，但仍面临诸多技术难题。例如电池不均匀性造成回收过程复杂性提高；电池材料分离回收效率亟待提升；有价金属提取纯化技术有待优化。对于像固态电池这样的新型电池系统，其回收技术还不够成熟，因此有必要研发新的回收方法。

4.2环境影响

退役动力锂电池在循环利用时，若处理不当可能导致环境二次污染，如电解液、有机物等治理需格外关注，以防土壤、水源等被污染。还需无害化处理回收时排放的废气、废渣，开发并推广环保型回收技术是减少对环境造成影响的重点。

4.3市场前景

在电动汽车市场持续增长的背景下，退役动力锂电池数量会越来越多，这也为循环利用产业带来了广阔的市场。据预测，退役电池回收市场在今后数年内还会继续扩大，有关技术与商业模式还会继续创新。在电池原材料价格波动情况下，回收利用经济性会逐步体现出来，并进一步促进市场发展。

4.4未来发展趋势

退役动力锂电池未来循环利用趋势更注重高效，环保，可持续。从技术上讲，它将向自动化，智能化方向迈进，以提高回收效率与质量。环保上将更加注重生命周期分析，减少环境足迹。在商业模式上将探索更多的合作模式，如电池制造商与回收企业之间的战略合作，以及跨行业的资源整合。政策法规的健全以及国际化合作，也必将成为促进我国退役动力锂电池回收行业发展的主要动力。

5结束语

退役动力锂电池循环利用是个多方面，多学科交叉的复杂工程，它涉及到对电池进行测试、分类、拆解和回收再利用。在科技不断进步，行业不断发展的今天，退役动力锂电池循环利用会更有效、更环保、更持久。要达到这一目的，需要政府，企业，科研机构以及社会各界通力合作。政府应该出台更健全的政策、法规来指导、规范行业发展，企业要加强技术研发与商业模式创新，提升循环利用效率与经济效益，科研机构要强化基础研究与应用研究相结合的方式为行业发展提供技术支撑。通过上述举措，可有效促进退役动力锂电池回收利用产业发展，最大限度利用资源，最大限度降低环境影响。

作者简介：

刘树军，硕士，工程师，研究方向为环境影响评价和噪声治理。

杜丹，硕士，工程师，研究方向为环境影响评价、废气治理措施、废水处理措施和环境工程。

陈立红，硕士，工程师，研究方向为化工设计、化工环保、环保咨询、环境影响评价以及化工和环保交叉。