废旧动力锂浙江电池回收利用技术概述

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　　当前，在我国新能源是非常重要的产业，而新能源的核心就是动力电池。在动力电池当中，车用动力锂电池有非常多的优点，如不含有毒的重金属、能量密度较高等。因为这些优势，很多制造商很多都开始使用动力锂电池。动力锂电池的技术经过了较长时间的发展，已经有了非常高的成就。

　　一、我国锂电池使用的现状

　　我国因为大气污染严重的问题，越来越重视环境的保护。为了解决大气污染严重的问题，我国加强了对电动车的重视，推进了电动车的普及，把车用动力电池作为重要的发展项目之一。目前，我国锂电池产业得到了非常快速的发展，主要是以车用动力锂电池为主，我国也已经成为了世界蕞大的锂电池生产基地。但是随着锂电池的生产量加大，回收方面也出现了一定的问题。如果没有非常规范的电池回收制度和技术，废旧的电池对环境会产生一定的影响。

　　所以从循环的经济观点来说，做好废旧动力锂电池的回收相关工作是非常重要的，对于整个产业来说有着非常大的影响。随着当前我国电动车产能的不断加大，如果没有落实好回收方面的工作，会在很大程度上影响我国的新能源技术开发工作和新能源电动车的发展。

　　二、动力锂电池的分类

　　在动力锂电池的分类当中，可以根据不同的阳极材料进行划分。在当前动力锂电池的正极材料产业当中，不同的企业使用着不同的材料体系。每一个企业都可以根据自己的实际情况和相关政策要求选择适合的材料体系，做好锂电池的生产工作。虽然在锂电池属于“绿色电池”，并没有有害的重金属元素存在，但是在锂电池当中，有些物质对于生态环境会造成一定的影响，例如正负极材料等。

　　锂离子电池由正极、负极、隔膜、电解液、电池壳(盖)组成。对于车用锂离子电池而言，正极材料主要包括三元材料(含有镍钴锰三种元素)、磷酸铁锂材料、浙江锰酸锂材料等；负极材料主要以碳材料为主，包括人造石墨、天然石墨、硅碳合金和浙江钛酸锂材料等；隔膜材料主要以聚烯烃类材料为主，包括聚乙烯和聚丙烯隔膜；电解液则主要包括碳酸脂类溶剂和六氟磷酸锂电解质盐；封装形式主要包括圆柱形、方形和软包装三种形式。

　　目前中国新能源汽车用锂离子电池主要包括三元锂离子电池和磷酸铁锂电池。

　　三、废旧车用锂离子电池回收利用模式

　　车用锂离子电池全生命周期使用模式

　　废旧锂离子电池处理不当会产生一定的危险性，如电解液中含有机溶剂，难以降解，且部分有机溶剂闪点较低，处理不当会引发燃烧爆炸的严重后果；电解液中的六氟磷酸锂电解质具有极强的腐蚀性，遇水会发生分解产生氟化氢(HF)，为剧毒气体，会对环境和人体健康造成严重危害。如果对废旧锂离子电池仅采取填埋、焚烧等普通垃圾处理方式，会对环境造成严重污染。

　　废旧锂离子电池的回收利用一方面可以蕞大限度地实现环境保护，另一方面可蕞大限度地发挥电池全生命周期价值，从而分摊动力电池成本。为实现价值蕞大化，废旧锂离子电池的回收利用通常采用先梯级利用后再生利用的原则，根据应用场景进行优化组合。

　　当前在中国主要考虑废旧锂离子电池包和模组级别的梯次利用，单体的梯次利用受当前退役动力电池的性能所限，考虑到拆解及电池重组的成本，大规模应用不具备经济性。

　　废旧锂离子电池能否用于梯级利用，主要是依据电池的剩余容量。当电池容量在20%～80%时，可以进行梯级利用；而电池容量低于20%时，则对其拆解进行材料的回收。

　　针对目前中国使用数量巨大的三元锂电池和磷酸铁锂电池，退役的磷酸铁锂电池仍具有较好的循环性和安全性，因此对其先进行梯次利用，再进行资源的再生利用；而退役的三元锂电池随循环次数的增多容量呈现快速衰减趋势，且安全性较差，对其破碎、拆解和冶炼等，实现镍、钴、锰、锂等资源的再生利用。

　　3.1梯级利用模式

　　目前中国梯级利用的领域以通信储能、电力系统储能和低速车领域为主

　　通信基站电池主要起备电作用，保证在停电期间基站的持续稳定运行。梯次利用锂离子电池相比铅酸电池在循环寿命、能量密度、高温性能等方面具备一定优势，在技术上可满足各种工况备电需求。由于通信基站备用电源的标称电压为48V，对电池管理系统(BMS)要求也不相同，因此目前采用将电池包拆解重组(包括模组重组为主)应用的方式，同时也在探索动力电池整包应用的相关方案。

　　废旧锂离子电池在电力储能场景梯级利用

　　低速电动车领域主要包括四轮低速电动车、电动摩托车、电动轻便摩托车和电动自行车等，目前应用以铅酸电池为主。截止2017年底，我国四轮低速电动车保有量超过200万辆，按照《四轮低速电动车技术条件》(草案)的要求，采用锂离子电池的趋势非常明确；电动三轮车保有量超过5000万辆，主要应用领域是农村地区作为生产力工具，同时可作为城市快递运送车辆；电动自行车保有量高达2.5亿辆。废旧锂离子电池的技术性能满足低速电动车的相关标准和使用要求，只需要在标称电压、外形尺寸等方面进行调整，经过重组检测达到要求后即可使用。

　　3.2资源再生利用模式

　　报废锂离子电池中含有锂、铝、铜、镍、钴、锰等有价金属元素，对其回收利用，符合可持续发展的要求。三元锂电池中含有的镍钴锰等金属元素含量远高于原矿，以目前在新能源汽车中用量蕞大的NCM523材料为例，镍、钴和锰元素的化学计量分别为30.4%、12.2%和17.1%；

　　磷酸铁锂电池虽不含镍钴锰等有价技术元素，其1.1%的锂元素含量高于我国开发利用的品位仅为0.8%～1.4%(Li2O)的原矿(对应到锂含量仅0.4%～0.7%)[9]。贵重金属价格的上涨及矿产资源的稀缺使得废旧锂离子电池回收的价值凸显，回收效率高，较直接开采矿石的生产方式更具有成本优势。

　　废旧锂离子电池资源化技术遵循的原则：从源头进行固废减量，对电池精细化拆分，对不同材料进行分类处理，蕞大限度实现资源循环利用。

　　废锂离子电池回收技术体系，主要包括预处理、回收和再利用三个过程：

　　(1)预处理：包括放电、拆解、分离分选等主要步骤，其中放电技术主要包括：短接放电、液氮低温穿孔等，分离技术主要包括：机械分离、酸/碱溶、有机溶剂溶解、热处理法等；

　　(2)回收：包括浸出/富集和分离纯化。浸出/富集分为干法回收、湿法回收；分离纯化是指以化学溶剂萃取浸出方法将正极活性物质中的金属组分转移至溶液中，通过萃取、沉淀、吸附、电解等对高附加值的金属进行分离提纯和回收；

　　(3)再利用：分为直接修复再生和电极材料的合成两种技术体系，其中电极材料合成方法主要包括：高温固相合成法、溶胶凝胶法、水热合成法和电沉积再生法等。

　　四、结语

　　随着中国新能源汽车产业的快速发展，未来将退役大量的锂离子动力电池。随着国家相关政策的颁布和实施，以及相关标准的制定与完善，将有效促进废旧锂离子电池的回收利用，产生巨大的经济和环境效益。

　　在梯级利用方面，目前主要侧重于于通信基站、电力储能和低速电动车等领域，可实现对铅酸电池的替代。目前我国动力电池材料体系和规格尺寸多样，质量参差不齐，梯次利用的废旧锂离子电池产品大多缺乏性能和安全性等保障机制，商业模式仍需创新，规模化和标准化的梯次利用尚待市场验证。目前梯级利用以拆解的电池模块重组为主。长远来看，随着动力电池生产自动化水平的提升，电池包直接梯级利用是发展趋势。

　　在资源化回收方面，目前主要采用湿法回收技术，侧重于三元锂电池正极废料中的钴、镍、锰和锂等金属元素的回收，其他材料如石墨负极材料、隔膜材料和电解液等的回收尚未深入开展。同时如何实现磷酸铁锂废旧电池的有价值回收仍处于探索阶段，实现经济性仍是难题。

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