廢舊動力電池回收利用技術(shù)與政策分析

梁展星 陳露 王文祥 李慧穎 鐘高輝

摘 要：隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，廢舊動力電池的回收利用問題亟需解決。近年國家出臺了多個廢舊動力電池回收利用的政策，規(guī)范廢舊動力電池回收利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，同時也提高了行業(yè)的門檻。本文簡述了廢舊動力電池綜合回收利用政策及對相關(guān)企業(yè)的影響和當(dāng)前動力電池再生利用的主要技術(shù)。

關(guān)鍵詞：廢舊動力電池 政策 回收利用

Abstract：With the rapid development of new energy vehicle industry， the problem of waste power battery recycling needs to be solved urgently. In recent years， the government has issued a number of policies for the recovery and utilization of waste power batteries， standardizing the development of the recovery and utilization of waste power batteries industry， and at the same time raising the threshold of the industry. In this paper， the comprehensive recycling policy of used power battery and its influence on related enterprises and the main technologies of power battery recycling are introduced.

Key words：waste power battery， policy， recycling

近些年，新能源汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，動力電池報廢的相關(guān)問題越來越受到重視，國家不斷出臺動力電池回收政策，完善回收體系建設(shè)。2016年以來，國家各部門在政策逐步規(guī)范和完善廢舊動力電池回收市場。工信部根據(jù)相關(guān)規(guī)范于2018年和2020年先后公布了兩批廢舊動力蓄電池綜合利用白名單企業(yè)，加強了綜合利用企業(yè)的規(guī)范化管理，同時也對相關(guān)企業(yè)具備的技術(shù)、裝備和工藝等提出來要求。

1 回收企業(yè)門檻提高

2019年以來，回收政策越來越完善，行業(yè)門檻開始顯現(xiàn)。在2016年之前，回收政策以《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020年）》、《生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度推行方案》、《促進(jìn)汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》等規(guī)劃性政策為主。2016年之后出臺的《生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度推行方案》、《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》等政策的操作性更強，政策體系趨于完善，政策落地速度逐漸加快。2019年9月，工信部出臺了《新能源汽車動力蓄電池回收服務(wù)網(wǎng)點建設(shè)及運營要求》（征求意見稿）和《新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業(yè)規(guī)范》。這些政策的出臺說明動力電池回收利用的行業(yè)門檻正在逐漸形成。

2018年9月5日，工信部網(wǎng)站發(fā)布了第一批符合《新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業(yè)規(guī)范條件》（以下簡稱“規(guī)范條件”）的企業(yè)名單，華友鈷業(yè)、豪鵬科技、格林美、邦普循環(huán)、光華科技共5家企業(yè)進(jìn)入第一批《規(guī)范條件》名單見，第一批符合規(guī)范條件企業(yè)名單見表1。

2020年12月16日，工信部公示了第二批符合《新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業(yè)規(guī)范條件》企業(yè)名單，共22家企業(yè)入選，其中9家企業(yè)從事再生利用，14家企業(yè)從事梯次利用。第二批符合規(guī)范條件企業(yè)名單見表2。

2 綜合利用要求提高

《新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業(yè)規(guī)范條件》對廢舊動力蓄電池綜合利用做了明確的規(guī)定。綜合利用應(yīng)遵循先梯次利用后再生利用的原則，提高綜合利用水平。梯次利用是指對廢舊動力蓄電池進(jìn)行必要的檢測、分類、拆分、電池修復(fù)或重組為梯次利用電池產(chǎn)品，使其可應(yīng)用至其他領(lǐng)域的過程。再生利用是指對廢舊動力蓄電池進(jìn)行拆解、破碎、分選、材料修復(fù)或冶煉等處理，進(jìn)行資源化利用的過程[1]。

為了提高新能源汽車的動力電池利用率，當(dāng)車用動力電池容量下降到80%以下時，首先應(yīng)進(jìn)行梯次利用，應(yīng)用的領(lǐng)域包括低級別的分布式光伏發(fā)電、發(fā)電站儲能、電網(wǎng)儲能、家庭用電等。德國、美國、日本等發(fā)達(dá)國家通過立法，建立了完善的市場化梯次回收體系。拆解回收是將電池進(jìn)行拆解并資源化回收利用，主要是針對容量下降到50%以下以及梯次利用后的報廢電池[1]。

根據(jù)規(guī)范要求，從事梯次利用的企業(yè)，應(yīng)對廢舊動力蓄電池的剩余容量、一致性、循環(huán)壽命等主要性能指標(biāo)和安全性進(jìn)行綜合評估，判斷是否滿足梯次利用的要求后再進(jìn)行分類重組利用，鼓勵應(yīng)用在基站備電、儲能、充換電等領(lǐng)域，提高綜合利用經(jīng)濟效益[1]。

根據(jù)規(guī)范要求，從事再生利用的企業(yè)，應(yīng)在正負(fù)極材料、隔膜、電解液等方面開展再生利用技術(shù)、設(shè)備、工藝的研發(fā)和應(yīng)用，以提高廢舊動力蓄電池再生利用水平，可通過冶煉或材料修復(fù)等方式使主要有價金屬得到有效回收。其中，鎳、鈷、錳的綜合回收率應(yīng)不低于98%，鋰的回收率不低于85%，稀土等其他主要有價金屬綜合回收率不低于97%。采用材料修復(fù)工藝的，材料回收率應(yīng)不低于90%。工藝廢水循環(huán)利用率應(yīng)達(dá)90%以上[1]。

3 動力電池再生利用技術(shù)

廢舊動力電池再生利用前，先要進(jìn)行深度放電，然后對放電后的電池進(jìn)行拆解破碎及篩選分離，分選出正極、負(fù)極、隔膜和外殼等，最后進(jìn)行分離和回收。通常，正極主要回收處理鋁箔和正極材料，負(fù)極回收處理石墨和銅箔[2]。

3.1 正極材料回收

動力電池市場的正極材料主要有三元正極材料（鎳鈷錳酸鋰NCM或鎳鈷鋁酸鋰NCA）、磷酸鐵鋰、錳酸鋰，其中三元正極材料是當(dāng)前動力電池的主要正極材料。三元正極材料回收與再生的技術(shù)路線主要有物理修復(fù)再生和冶金法回收兩種。火法處理工藝較簡單，但存在排渣量大，鋰和錳主要進(jìn)入廢渣，部分鋰以Li2O揮發(fā)進(jìn)入煙氣而難以回收，資源利用率低。濕法處理技術(shù)，具有能耗低、投資小、回收率高和工藝成熟等特點，是國內(nèi)動力電池再生利用的主流技術(shù)，主要工藝流程包括預(yù)處理、浸出、再生等工序，但其浸出和分離過程繁瑣、流程冗長，導(dǎo)致成本較高[3]。

3.2 負(fù)極材料回收

負(fù)極材料以碳為主，包括石墨石墨、銅箔、硅碳合金和鈦酸鋰材料。石墨和銅箔的回收可以解決電池級石墨和精銅資源短缺的問題，目前主要通過酸浸、機械物理法等方法來收集石墨[3]。最常用的回收方法是酸浸處理法，以三氟乙酸和無機酸為溶劑，通過脫除石墨廢料中的層間金屬離子和其他未分離的正極材料/集流體等來獲得深度凈化的石墨，再經(jīng)預(yù)煅燒—草酸鹽球磨混合—長時間高溫石墨化處理才可得電池級石墨負(fù)極材料。該工藝路線雖然成熟，但是存在流程長、成本高等弊端。目前對負(fù)極材料的研究相對較少。

當(dāng)前，動力電池再生利用技術(shù)在實驗室層面做了諸多的探索，獲得了一些經(jīng)驗數(shù)據(jù)，但是在成本控制、工藝優(yōu)化等方面還需進(jìn)一步優(yōu)化，以適應(yīng)產(chǎn)業(yè)化的需求。

4 結(jié)論

綜上所述，廢舊動力電池的回收利用問題亟需解決，國家也出臺了相關(guān)的政策，規(guī)范廢舊動力電池綜合利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提高了相關(guān)企業(yè)的門檻。綜合利用企業(yè)應(yīng)抓住機遇，在降低成本、優(yōu)化流程、提高效率等方面加大研發(fā)投，以提高企業(yè)市場競爭力。

基金項目：廣東普通高校創(chuàng)新團隊項目（2017GKCXTD004）。

參考文獻(xiàn)：

[1]《新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業(yè)規(guī)范條件》[S].

[2]昝文宇，馬北越，劉國強.動力鋰電池回收利用現(xiàn)狀與展望[J].稀有金屬與硬質(zhì)合金，2020，48（05）：5-9+71.

[3]張英杰，寧培超，楊軒，董鵬，林艷，孟奇.廢舊三元鋰離子電池回收技術(shù)研究新進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2020，39（07）：2828-2840.

作者簡介

梁展星：（1987—），男，工程師，主要從事危險廢物處置，固廢資源化生產(chǎn)管理與研究，汽車制造與環(huán)保產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展研究工作。

通訊作者

王文祥：（1972—），男，副教授，博士，主要從事固體廢物資源化方向研究。