基于對新能源汽車鋰電池回收處理的研究

1 概況

1.1 研究背景和意義

二氧化碳?xì)怏w的大量排放，加劇了全球氣候變暖，導(dǎo)致了各種自然災(zāi)害、各類疾病頻發(fā)，污染防治和環(huán)境保護(hù)成為了全球各國關(guān)注的重點(diǎn)問題?！笆奈濉币?guī)劃中將碳達(dá)峰、碳中和作為我國污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的主攻目標(biāo)，隨后國務(wù)院頒發(fā)了《2030年前碳達(dá)峰行動方案》的通知，對各行業(yè)碳達(dá)峰碳中和的實(shí)施做了方向上的引導(dǎo)。

大力倡導(dǎo)使用清潔能源代替石油燃料，減少碳排放，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和。因此新能源汽車就成為了汽車行業(yè)一顆冉冉升起的新星，具有廣闊的市場前景和發(fā)展?jié)摿ΑＰ履茉雌噺拈_始使用到現(xiàn)在也已有十年之久，前期因技術(shù)、制造等各方面的原因發(fā)展緩慢，現(xiàn)在國家政策的扶持下，隨著技術(shù)的成熟，新能源汽車迎來了一波發(fā)展的浪潮。

雖然鋰電池與鉛酸電池、鎳鉻電池相比較為環(huán)保，但仍可能造成重金屬鈷、錳、鎳污染，有機(jī)物污染，粉塵和酸堿污染，大規(guī)模報廢期的到來對鋰電池的回收處理體系提出了更高的要求。

1.2 廢舊鋰電池的危害性

隨著新能源汽車的發(fā)展，鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，新能源汽車等受使用壽命的限制勢必會產(chǎn)生大量的廢舊鋰電池。廢舊鋰電池存在嚴(yán)重的安全隱患，如不妥善處理，會對周邊環(huán)境造成危害，然后通過環(huán)境作用到周邊的生物及人體，對生態(tài)和社會環(huán)境造成負(fù)面影響。

廢舊鋰電池中富集了大量鈷（Co）、銅（Cu）、鋰（Li）、鋁（AI）、鐵（Fe）等貴重金屬資源，可以緩解目前資源短缺的現(xiàn)狀，合理高效的電池回收技術(shù)有利于鋰電池的可持續(xù)發(fā)展。鋰電池的回收處理可以減少其對環(huán)境造成的污染，是推行綠色環(huán)保方式，實(shí)現(xiàn)資源可循環(huán)利用的途徑之一。

1.3 國內(nèi)外廢舊鋰電池回收處理的現(xiàn)狀分析

1.3.1 國內(nèi)回收處理現(xiàn)狀

該Astree電子舌系統(tǒng)配備了UMS、GPS、SWS、SRS、STS、SPS和BRS7根傳感器，其中UMS、SRS和STS為3根專一性傳感器，分別對鮮味、酸味和咸味具有專一相應(yīng)，其余4根為特異性傳感器，采用Ag/AgCl作為參比電極[15-17]。測定時每個樣品的數(shù)據(jù)采集時間為120 s，記錄第120 s時傳感器的響應(yīng)值，用于后續(xù)分析。

我國各級政府已開始重視廢舊電池的管理與處置，目前主要限于對鋅錳電池和鎳鎘電池的回收，但效果并不明顯。就目前我國的回收處理技術(shù)來講，還沒有形成一條完整的廢舊電池回收處理產(chǎn)業(yè)鏈。廢舊電池回收率低的現(xiàn)狀直接限制了處理規(guī)模的擴(kuò)大和處理技術(shù)的提高，進(jìn)而嚴(yán)重阻礙了廢舊電池回收利用的產(chǎn)業(yè)化過程。

目前，廢舊鋰電池資源化研究主要集中于價值高的正極貴重金屬鈷和鋰的回收，對負(fù)極材料的分離回收較少。廢鋰電池負(fù)極中的銅（含量達(dá)35%左右）是一種廣泛使用的重要生產(chǎn)原料，粘附于其上的碳粉，可作為塑料、橡膠等添加劑使用。因此，對廢鋰電池負(fù)極組成材料進(jìn)行有效分離，對于限度地實(shí)現(xiàn)廢舊鋰電池資源化，消除其相應(yīng)的環(huán)境影響具有推動作用。鋰電池回收體系現(xiàn)狀如圖1所示。

錳酸鋰電池成本低、安全性和低溫性能好的正極材料，但是其材料本身并不太穩(wěn)定，容易分解產(chǎn)生氣體，因此多用于和其它材料混合使用，以降低電芯成本，但其循環(huán)壽命衰減較快，容易發(fā)生鼓脹，高溫性能較差、壽命相對短，主要用于大中型號電芯，動力電池方面，其標(biāo)稱電壓為3.7V。

目前國外的廢舊電池回收處理體系基本上已經(jīng)步入正軌。例如，德國現(xiàn)已做到廢舊電池全部收集，分類處理處置。美國在廢舊電池環(huán)境管理方面立法最多最細(xì)，不僅建立了完善的廢舊電池回收體系，且建立了多家廢電池處理廠。亞洲的日本在回收處理廢電池方面一直走在世界前列，汽車用鉛酸蓄電池目前已經(jīng)全部回收，并有成熟的處理方法，其他二次電池的回收率也已達(dá)84%。

2 鋰電池的分類

2.1 按形狀分類

②負(fù)極材料：主要有碳負(fù)極材料和非碳負(fù)極材料。兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，目前正在探索將碳材料與各種高容量非碳負(fù)極材料復(fù)合。

圓柱型的鋰電池，如一些移動電源與電動工具用的18650電池，而手機(jī)電池多是方形電池。

2.2 按電解液分類

分為鋰離子電池、聚合物電池。其中，鋰離子電池電解液是液態(tài)的，外殼一般較硬，多為鋁殼或鋼殼，老式手機(jī)的電池就是鋰離子電池。而聚合物電池的電解液是固態(tài)的，如蘋果手機(jī)的電池、華為手機(jī)的電池等，均為聚合物鋰電池。

具體的活動方案一旦確定，就需要少先隊(duì)員發(fā)揮自己的集體智慧和才能去踐行活動方案，也就是這時要“八仙過海各顯神通”。各中隊(duì)要在志愿活動中設(shè)置合理崗位，讓隊(duì)員各盡其才，最大程度地發(fā)揮特長，并且在活動中團(tuán)結(jié)協(xié)作，共同解決活動中的實(shí)際問題，實(shí)現(xiàn)自我教育。

2.3 按外殼材料分類

鋼殼電池：外殼是鋼材的電池。

鋰電池資源化，對消除其相應(yīng)的環(huán)境影響具有推動作用。常用的廢舊鋰電池資源化方法包括濕法冶金、火法冶金及機(jī)械物理法。相比于濕法及火法，機(jī)械物理法無需使用化學(xué)試劑，且能耗更低，是一種環(huán)保、高效的回收處理方法。

鋁殼電池：外殼是鋁的材質(zhì)。

聚合物鋰電池：外殼是一種聚合物材料，大多是銀色的，少數(shù)廠商為黑色，業(yè)內(nèi)稱為黑皮。

2.4 按用途分類

新能源汽車電池按使用用途分為動力鋰電池和蓄電池。種類大致為鉛酸電池、鎳氫電池、錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池等幾大門類。

①鉛酸電池。

4.進(jìn)行分步成本核算，通過對上述各成本中心的材料、費(fèi)用歸集后，接下來的問題就是如何將各成本中心的材料、費(fèi)用合理的分配至該成本中心所涉及的成品、半成品、在制品等單個成本中去，我司采用的是以月末成本中心所涉及的成品、半成品、在制品按照每道工序的標(biāo)準(zhǔn)工價在不同階段的累積工價占當(dāng)期總工價的比例進(jìn)行分配，通過標(biāo)準(zhǔn)工價占比分配可以避免非標(biāo)產(chǎn)品中高耗材低制作卻分配較多人工制費(fèi)的現(xiàn)象，符合作業(yè)成本法的理念，最終，成品、半成品、在制品成本的核算結(jié)果趨于合理和準(zhǔn)確。

鉛酸電池成本低、低溫性好、性價比高；能量密度低、壽命短、體積大、安全性差。由于能量密度和使用壽命很低，作為動力的電動汽車無法擁有良好的車速和較高的續(xù)航里程，一般用于低速車。

大家四下看著，是呵，想來個“金龍盤玉柱”，沒桌子；鬧個“觀音頂寶塔”，又沒有啥東西可頂，猴子一指南墻的一個驢套包說：“輸了戴套包，咋樣？”

②鎳氫電池。

三元鋰離子電池能量密度高、循環(huán)壽命長、不懼低溫；高溫下穩(wěn)定不足。能量密度可達(dá)最高，但高溫性相對較差，關(guān)于續(xù)航里程有要求的純電動汽車，其是主流方向，且適合北方天氣，低溫時電池更加穩(wěn)定。

鎳氫電池成本低、技術(shù)成熟、壽命長、耐用；能量密度低、體積大、電壓低、有電池記憶效應(yīng)。雖然性能優(yōu)于鉛酸電池，但是含有重金屬，遺棄后對環(huán)境造成污染。

經(jīng)過筆者調(diào)研分析，湖北省隨州市截至2016年的高職院校中共設(shè)置專業(yè)104個，涉及14個專業(yè)大類，主要包含有文化教育、旅游、醫(yī)療衛(wèi)生、財經(jīng)、輕紡食品、土建大類、生化與藥品、交通運(yùn)輸、法律、公共事業(yè)等，但是其中并沒有包含測繪、能源開發(fā)與利用、農(nóng)林牧漁、公安這五大類專業(yè)。在隨州市高等職業(yè)院校中理財與投資、會計、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等第三產(chǎn)業(yè)的專業(yè)設(shè)置所占比例達(dá)到了77%，而模具設(shè)計與制造、機(jī)電一體化技術(shù)、建筑工程技術(shù)等服務(wù)第二產(chǎn)業(yè)專業(yè)僅占所設(shè)專業(yè)數(shù)量的20%，園林技術(shù)、園藝技術(shù)等服務(wù)第一產(chǎn)業(yè)專業(yè)所設(shè)置的數(shù)量更是少之又少。

③錳酸鋰電池。

1.3.2 國外回收處理現(xiàn)狀

鋰電池原材料構(gòu)成主要有：正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液、外殼。

磷酸鐵鋰離子電池?zé)岱€(wěn)定佳、安全、成本低、壽命長，能量密度低、怕低溫。電池溫度處于500-600℃時，其內(nèi)部化學(xué)成分才開始分解，并且穿刺、短路、高溫都不會燃燒或者爆炸，使用壽命也較長。但車輛續(xù)航里程一般，當(dāng)溫度低于-5℃時，充電效率低，不適合北方在冬天充電的需求。

托伐普坦治療肝硬化腹水伴低鈉血癥療效與安全性的Meta分析 …………………………………………… 李春杏等（6）：833

⑤三元鋰電池。

增能理論的另一個核心觀念是“增能”或翻譯成“增強(qiáng)權(quán)能”。對于什么是“增強(qiáng)權(quán)能”不同學(xué)者的看法也是存在差別的。

3 鋰電池的回收

就目前來說，我國鋰電池回收和廢舊物品回收一樣，沒有做到分類整理回收，不具一定的規(guī)模。應(yīng)將廢舊鋰電池的回收分為兩類：

①以電池生產(chǎn)廠商為主，通過銷售渠道在銷售門店將廢舊電池回收?；厥栈貋淼碾姵亟唤o第三方企業(yè)處理，或合資共同合作處理。

②以第三方回收為主，由能源再生利用企業(yè)和電池制造企業(yè)及新能源車企共同合作，建立專門的廢舊鋰電池回收網(wǎng)點(diǎn)，對廢舊鋰電池進(jìn)行分類回收。

在拉加德房間的墻角，總有一個準(zhǔn)備好的旅行箱，這也成為她的標(biāo)簽。拉加德一次在巴黎大街偶遇暴雨，為了不遲到，她的第一選擇是不顧三七二十一，脫下高跟鞋和同事奔跑著前去赴約，最終贏得了一個大客戶。

科學(xué)管理，務(wù)實(shí)創(chuàng)新，不斷豐富技術(shù)保障新內(nèi)涵。幾年來共增修訂質(zhì)量文件923件，通過制度的完善和落實(shí)，確保檢驗(yàn)數(shù)據(jù)零差錯。作為安全監(jiān)管的技術(shù)支撐部門負(fù)責(zé)人，他意識到，提升企業(yè)化驗(yàn)室水平、提升企業(yè)自我糾錯能力，是保障產(chǎn)品安全、實(shí)現(xiàn)源頭自我管控的有效途徑。2015年為幫助全省藥品生產(chǎn)企業(yè)化驗(yàn)室提高檢驗(yàn)水平，該所組織了13個市（地）檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)和119家藥品生產(chǎn)企業(yè)參加的“實(shí)驗(yàn)室間能力比對”，幫助產(chǎn)生不滿意結(jié)果的實(shí)驗(yàn)室查找原因，并進(jìn)行義務(wù)培訓(xùn)，這在全國尚屬首次。

③在超過使用壽命的動力電池循環(huán)利用方面，對廢舊電池進(jìn)行梯次利用。如新能源汽車的動力電池要求較高，當(dāng)動力蓄電池容量衰減到80%以下時，就不能滿足需求。我們可以利用梯次使用方式，將動力電池用在其他領(lǐng)域，比如為通信基站提供電力支持，或者為低速新能源汽車提供動力，為較低要求的電力供應(yīng)系統(tǒng)蓄能。圖2為鋰電池循環(huán)體系。

4 鋰電池處理工藝

兩個老頭子得王積薪授譜，固然是老神在在、殫精絕慮，李離等人，一入迷局，又知道此局與萬花因隧道息息相關(guān)，也覺得渾身火熱，頭腦中電光石火，瞬息萬變。

4.1 鋰電池的成分分解

④磷酸鐵鋰電池。

①正極材料：在鋰電池中市場容量最大，大約占鋰電池成本30%。正極材料的性能直接影響著鋰電池的性能，最常用的材料有鈷酸鋰，錳酸鋰，磷酸鐵鋰和三元材料。

從形狀上來分類，鋰電池有圓柱型電池、方形電池等類型。

老師在授課的時候，大部分老師缺少轉(zhuǎn)變教學(xué)思想的做法，沒有發(fā)揮出孩子們的主體地位。在此類狀態(tài)下，師生之間沒有達(dá)到有效地課堂互動，一些老師權(quán)威性較強(qiáng)，讓孩子們感覺難以接近，進(jìn)而造成生活化授課不容易順利進(jìn)行下去，失去相應(yīng)教學(xué)意義。

③隔膜：隔膜是鋰電池電解反應(yīng)時，用以將正負(fù)兩極分開防止在電解池中直接反應(yīng)損失能量的一層復(fù)合性薄膜。

④電解液：電解液在鋰電池正、負(fù)極之間起到傳導(dǎo)離子的作用，是鋰電池獲得高電壓、高比能等優(yōu)點(diǎn)的保證。

⑤外殼：一般分為鋼殼和鋁殼兩種。

其中fa為方位向多普勒頻率，fsa=1/Tsa為間歇采樣頻率；bm=Twafsasinc(mTwafsa)=Dasinc(mDa)為幅度加權(quán)系數(shù)，Da=Twa/Tsa為方位向采樣占空比.干擾信號二維解耦后，快時間分量與慢時間間歇采樣分量的相位歷程互不影響[16,17]，故根據(jù)式(8～9)可以得到干擾信號yj(tr,ta)的距離多普勒域[2]表達(dá)式為

4.2 鋰電池處理的工藝流程

鋰電池回收處理必須放電確保對人身沒有傷害后再進(jìn)行拆解，除去外殼，通過層層粉碎、遴選、分選等程序，分離電極正、負(fù)極材料、集流體、電解液等，然后再進(jìn)行回收利用。

首先要對其進(jìn)行預(yù)處理，包括放電、拆解、粉碎、分選；拆解之后的塑料以及外殼可以回收。

外殼分離：廢舊鋰電池經(jīng)輸送機(jī)送入鄂式破碎機(jī)進(jìn)行一次破碎，將外殼脫離出來，直接進(jìn)入粉碎階段，將銅鋁粉末分離。

正負(fù)極分離：外殼分離后的電池材料還是緊密相連的，通過二次多刀破碎階段將其打散。二次破碎后的物料進(jìn)入到輸送機(jī)中同時設(shè)置磁選設(shè)備，可以將物料中的鐵、鎳磁選出來。

比重分選：將破碎后的物料輸送至粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，把粉碎后的物料送至分析機(jī)風(fēng)選分離，把經(jīng)分析機(jī)分選的物料進(jìn)行分級篩選，把大的金屬物料分選出來。把經(jīng)過分級篩選的細(xì)的物料再進(jìn)行比重分選，把金屬分離出來。啟動風(fēng)機(jī)讓整套系統(tǒng)處于負(fù)壓狀態(tài)，收集粉料，凈化空氣，經(jīng)過脈沖凈化器對收集的粉塵進(jìn)行凈化，用集料器對經(jīng)過風(fēng)機(jī)的粉塵進(jìn)行收集，選出碳鋰粉末，后尾氣經(jīng)尾氣處理設(shè)備處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后高空排放。如圖3為鋰電池回收工藝流程。

5 結(jié)束語

碳中和將推動新能源汽車加速發(fā)展，鋰電池的可持續(xù)發(fā)展會備受關(guān)注。廢舊理電池的回收處理問題，是未來急切需要解決和完善的重點(diǎn)之一。據(jù)統(tǒng)計了解，2018年，我國鋰電池廢舊回收市場將初具規(guī)模，累計報廢量將超過17萬噸。

鋰電池回收是一個復(fù)雜、相互制約的產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展需要匯聚多方之合力，形成一個良性互動循環(huán)，由動力電池企業(yè)、材料企業(yè)、回收企業(yè)等多方共同合作，形成閉環(huán)鋰電池回收處理利用循環(huán)模式，既能作為原材料的補(bǔ)充，循環(huán)利用可減少生產(chǎn)的能耗和排放，更符合綠色能源的定義，未來國內(nèi)的鋰電池回收業(yè)務(wù)將迎來規(guī)模級的發(fā)展階段。

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