鋰電池，從衰退走向循環(huán)利用

林寧

在有2.8萬(wàn)人口的阿恩施塔特，中國(guó)企業(yè)CATL計(jì)劃投資20多億美元在郊外空地興建電池廠

為火災(zāi)犯愁的回收工廠

2019年全球鋰離子電池市場(chǎng)價(jià)值超過(guò)300億美元，預(yù)計(jì)到2025年，將增長(zhǎng)到超過(guò)1000億美元。“我個(gè)人是鋰離子技術(shù)的忠實(shí)擁護(hù)者，它具有變革性。”電池安全專(zhuān)家巴特勒說(shuō)：“但是這些電池也必須正確處理，如果它們損壞、過(guò)熱或短路，則可能發(fā)生熱失控事件——內(nèi)部產(chǎn)生熱量，并且變得越來(lái)越熱，直到開(kāi)始冒煙然后燃燒。如果舊電池被壓碎或損壞，則老式電池如堿性鋅錳電池可能會(huì)污染大量可回收材料?！?/p>

一家為消防隊(duì)提供設(shè)備的公司負(fù)責(zé)人福格爾曼說(shuō)，火災(zāi)對(duì)回收行業(yè)而言并不是新事物，該公司為工業(yè)場(chǎng)所（包括廢物和回收設(shè)施）制造防火系統(tǒng)。他表示，主要是火災(zāi)的頻率變得越來(lái)越高，從2016年到2019年，美國(guó)和加拿大的廢物處理設(shè)施發(fā)生的火災(zāi)數(shù)量增加了26%，從272起增加到343起。

明尼蘇達(dá)州的綜合性固體廢物處理公司Dem-Con公司總裁基根說(shuō)：“從全國(guó)范圍來(lái)看，我們每個(gè)月都有設(shè)備損失，很多都是被電池大火燒毀了?！迸c其他回收設(shè)施的常見(jiàn)火災(zāi)威脅（包括丙烷罐＼氣霧罐和丟棄的煙火）不同，這些電池很小，通常無(wú)法發(fā)現(xiàn)。鋰離子電池或廢棄的電子煙足以引起火焰，在巨大的廢物堆中它們幾乎也是看不見(jiàn)的。工人通?？床坏剿鼈?，直到發(fā)生火災(zāi)為時(shí)已晚。

得克薩斯州普萊諾市內(nèi)的回收設(shè)施，傳送帶可幫助工人分類(lèi)和包裝回收物

大多數(shù)電池起火都發(fā)生在卡車(chē)傾倒貨物時(shí)，當(dāng)它們從卡車(chē)中倒到空地上，損壞的電池突然遇到氧氣起火。為了應(yīng)對(duì)這種威脅，普萊諾工廠目前設(shè)有了大型混凝土和金屬防火墻，以將傾卸的垃圾與工廠的其余部分分隔開(kāi)。還配備了Fire Rover熱敏相機(jī)和自動(dòng)泡沫大炮，以便盡快撲滅火焰。工廠還在第一條傳送帶的入口處設(shè)置了穿著反光條背心的員工，他們負(fù)責(zé)盡可能多地篩選撿拾出有問(wèn)題的垃圾。

盡管采取了這些預(yù)防措施，一些回收工廠仍然擔(dān)心這些電池之一會(huì)潛入廠區(qū)“腹地”損壞設(shè)備并對(duì)其員工造成危害。一家加利福尼亞州圣馬特奧縣的類(lèi)似工廠發(fā)生過(guò)一場(chǎng)大火災(zāi)，造成100名消防員出動(dòng)，并關(guān)閉了四個(gè)月。管理工廠的公共機(jī)構(gòu)南灣區(qū)廢物管理局的首席執(zhí)行官喬·拉馬里亞納說(shuō)：“發(fā)生大火后，回收公司可能會(huì)在多年的競(jìng)爭(zhēng)中失去客戶(hù)，員工得休假直到工廠得以重建，工廠還得面臨飛漲的保險(xiǎn)費(fèi)?！?h3>關(guān)于鋰電池安全性的討論

如果按規(guī)定使用，優(yōu)質(zhì)的鋰離子電池是安全的。電池故障有兩種基本類(lèi)型：一種與電極、隔膜、電解質(zhì)或工藝的設(shè)計(jì)缺陷有關(guān)，這些缺陷通常涉及召回以糾正發(fā)現(xiàn)的缺陷。第二種較困難的故障是不指向設(shè)計(jì)缺陷的隨機(jī)事件，例如在低于冰點(diǎn)的溫度下充電、振動(dòng)或撞擊。

電池輕度短路只會(huì)導(dǎo)致自放電升高并且由于放電功率非常低，因此熱量積聚較小。如果相當(dāng)大的電流在電池的電極之間流動(dòng)，熱量積聚會(huì)損壞電池中的絕緣層并導(dǎo)致電氣短路，溫度可以迅速升高引發(fā)著火或爆炸，發(fā)生“熱失控”。

工業(yè)電池（例如用于電動(dòng)工具的電池）通常比消費(fèi)產(chǎn)品中的電池更堅(jiān)固，除了堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)外，電動(dòng)工具電池還可以最大限度地提高動(dòng)力傳輸效率，并減少能耗，從而延長(zhǎng)了其使用壽命。

動(dòng)力電池比能量電池具有較低的Ah等級(jí)，通常更具耐受性和安全性。全世界每天使用的電動(dòng)汽車(chē)、手機(jī)和筆記本超億部，美國(guó)國(guó)家海洋與大氣管理局的數(shù)據(jù)表明，人一生中被雷擊的幾率約為1/13000，鋰離子電池的故障率小于百萬(wàn)分之一，優(yōu)質(zhì)鋰離子電池的故障率優(yōu)于1000萬(wàn)分之一。據(jù)美國(guó)國(guó)家防火協(xié)會(huì)（NFPA）的統(tǒng)計(jì)，如今每十億輛燃油車(chē)輛發(fā)生90起火災(zāi)被認(rèn)為是正?，F(xiàn)象，特斯拉每十億公里行駛中只有兩次起火，這仿佛告知我們電池安全性在可控范圍內(nèi)，并仍然是需求旺盛的產(chǎn)業(yè)。

電池工廠在歐洲前景看好

電動(dòng)汽車(chē)將對(duì)制造商的產(chǎn)能和質(zhì)量提出更高的要求

顯然目前的鋰電池還存在很多短板，而且在過(guò)去數(shù)十年可商用的電池技術(shù)也沒(méi)有取得太大突破，但激增的市場(chǎng)需求迫使人類(lèi)要盡快找到更好的電池方案。重要的汽車(chē)廠商在技術(shù)前景不明的情況下選擇購(gòu)買(mǎi)電池而非自己生產(chǎn)。今年春天德國(guó)最大最重要的汽車(chē)零部件供應(yīng)商博世完全放棄了建設(shè)電池工廠的雄心勃勃的計(jì)劃，第二大供應(yīng)商美國(guó)大陸航空也沒(méi)有宣布進(jìn)入電池生產(chǎn)計(jì)劃。

戴姆勒公司表示，對(duì)于德國(guó)制造商而言，制造電池芯毫無(wú)意義，因?yàn)閬喼揠姵刂圃焐陶M(jìn)入歐洲鞏固自己的制造能力。因?yàn)殡娦颈容^重，從韓國(guó)或中國(guó)來(lái)的運(yùn)輸費(fèi)用很高，因此亞洲制造商已在歐洲建廠以降低運(yùn)輸成本，三星已經(jīng)在匈牙利生產(chǎn)電池，LG在波蘭建立工廠，然后是中國(guó)寧德時(shí)代（CATL）和德國(guó)政府已經(jīng)搭上線。

CATL是全球第三大EV（Electric Vehicle，電動(dòng)汽車(chē)）電池供應(yīng)商，還為松下等電子產(chǎn)品生產(chǎn)商和比亞迪等電動(dòng)自行車(chē)生產(chǎn)商提供產(chǎn)品，該公司希望2022年之前在德國(guó)創(chuàng)造600個(gè)工作崗位，并投資2.7億美元。CATL宣布已選定在稱(chēng)為埃爾福特克魯茲的阿恩施塔特一片工業(yè)區(qū)建廠，工廠將為沃爾沃和寶馬這類(lèi)公司供應(yīng)電動(dòng)車(chē)電池，包括德國(guó)總理安格拉·默克爾在內(nèi)的領(lǐng)導(dǎo)人爭(zhēng)相表示是自己的功勞。

寶馬高管馬庫(kù)斯·杜斯曼邀請(qǐng)戴姆勒也向CATL訂購(gòu)電池，因?yàn)楦叩漠a(chǎn)量將導(dǎo)致每個(gè)單元的價(jià)格降低。這對(duì)位于德國(guó)的工廠尤其重要，因?yàn)檫@邊不僅工資高于東歐鄰國(guó)，而且能源成本也高。

在接下來(lái)的幾年中，德國(guó)汽車(chē)制造商的計(jì)劃中有數(shù)十輛新型電動(dòng)汽車(chē)推陳出新，因此肯定有不止一家電池廠的空間，據(jù)悉伊隆·馬斯克已表示有興趣建立德國(guó)的特斯拉超級(jí)工廠。對(duì)于汽車(chē)公司而言，確保裝載環(huán)保、安全、優(yōu)質(zhì)的電池供應(yīng)絕非易事，因?yàn)橹圃爝^(guò)程所需的稀有元素供應(yīng)有限。

寶馬表示將通過(guò)從澳大利亞和摩洛哥的礦山直接采購(gòu)自己需要的鈷和鋰，然后向CATL和三星SDI提供材料，解決稀有元素問(wèn)題并符合環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和尊重礦工的人權(quán)。寶馬計(jì)劃到2021年，通過(guò)減少對(duì)這些稀有元素的依賴(lài)來(lái)鞏固其電池供應(yīng)鏈，生產(chǎn)不使用稀土的第五代電力傳動(dòng)系統(tǒng)。

雖然對(duì)于汽車(chē)來(lái)說(shuō)，這類(lèi)電池需要淘汰，但舊電池的儲(chǔ)電能力依舊可觀，可以在電容量要求低、用電量恒定的場(chǎng)所，如家庭等繼續(xù)使用。在這類(lèi)環(huán)境中，電池不需要反復(fù)處于充電和放電的狀態(tài)。法國(guó)汽車(chē)制造商雷諾將“二手電池”視作是“打造循環(huán)經(jīng)濟(jì)”技術(shù)領(lǐng)域的重要環(huán)節(jié)，而特斯拉則通過(guò)推出Powerwall家用電池以及收購(gòu)太陽(yáng)能公司SolarCity，積極推進(jìn)家庭電能存儲(chǔ)，這也許是鋰電池未來(lái)的發(fā)展之路吧。