新能源汽車電池回收研究進展

陳炳諭

新能源汽車電池回收研究進展

陳炳諭

（上海電力大學 數(shù)理學院，上海 200070）

近年來，盡管新能源和可再生能源不斷發(fā)展，但人類使用的能源仍以化石燃料為主，這導致全球碳排放量巨大，對人類環(huán)境造成了極大的破壞。作為一種繼燃料汽車之后的新能源汽車，對于節(jié)能減排，實現(xiàn)“碳中和”目標起到積極作用。新能源汽車作為未來大力發(fā)展的產業(yè)，國家在政策方面給予了大力支持。作為一種新的工業(yè)模式，新能源汽車雖然是發(fā)展的重點，但是新能源汽車電池回收仍然存在很多問題，這就吸引了大批學者參與到有關電池回收的課題當中。新能源汽車發(fā)展?jié)摿薮?，對于電池回收方向的研究也在不斷深化。文章回顧了我國新能源汽車發(fā)展歷程，整理了新能源汽車電池回收方法以及遇到的問題，并提出相應建議，希望能對以后學者研究提供幫助。

電池回收；動力電池；新能源汽車；文獻綜述

雖然中國的新能源汽車技術起步較晚，在先進技術層面上與國外還存在較大差距，但伴隨著“十二五”規(guī)劃的進行，政府出臺了一系列的財政補貼政策和激勵措施，以此推動了中國新能源汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，目前中國已經處于全球領先行列。根據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，2019年新能源汽車銷售量達到了287.3萬量，比2016年增長了近2倍，2017年到2018年增速最大。

中國汽車協(xié)會、中國汽車動力電池產業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟于2022年10月發(fā)布了《2022年9月動力電池月度數(shù)據(jù)》。數(shù)據(jù)顯示，1月和9月分別產銷471.7萬輛、456.7萬輛新能源汽車，分別同比增長1.2倍、1.1倍。市場份額達到23.5%。1－9月，我國動力電池產量累計372.1 GWh，累計同比增長176.2%。

目前為止，中國在新能源汽車行列中處于全球領先位置，政府提供了大量政策扶持。自2001年被國家列為“十五”期間“863”重大科技專項的新能源汽車研究項目，以及2009年新能源汽車產業(yè)的迅猛發(fā)展，國家從2010年開始啟動私人購買新能源汽車補貼試點工作，試點城市包括上海、長春、深圳、杭州、合肥等5個城市。新能源汽車的發(fā)展方向在國務院2012年制定發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012－2020年）的通知》中已有所指明，2013年補貼標準細化，補貼范圍擴大，2014年后補貼標準呈現(xiàn)逐步下降趨勢。直到新能源汽車購置稅補貼于2022年底結束，同時北京市將購置補貼延長到2023年底。

1 新能源汽車電池回收文獻分析

目前全球最大的中文數(shù)據(jù)庫－中國知網（China National Knowledge Infrastructure, CNKI）在國際上處于領先水平。CNKI是國內外學者使用較多的數(shù)據(jù)庫之一，集期刊雜志、博士、碩士、會議論文和工具書、年鑒、專利、標準、國學及海外文獻資源為一體，涵蓋各學科。因此，本研究在2022年12月使用CNKI來檢索文獻。

通過對主題“電池回收”進行檢索，共有3 851篇文獻，將其按照時間順序排列，如圖1所示，數(shù)據(jù)表明，有關“電池回收”方面的研究從2004年開始基本呈現(xiàn)上升式發(fā)展，2018年文獻發(fā)表數(shù)量陡然上升。其中期刊論文占有2 871篇，如圖2所示，數(shù)據(jù)表明，有關電池回收類的期刊數(shù)量呈現(xiàn)上升趨勢，近幾年期刊發(fā)表數(shù)量波動明顯，受疫情影響預計未來幾年期刊數(shù)量仍然有一定波動，不過波動會逐漸減弱，將來有關電池回收的期刊論文數(shù)量會逐漸增加。

2 新能源汽車電池回收目前主要研究成果

通過對主題“電池回收”進行檢索，共有3 851篇文獻。由于文獻內容過于龐大，筆者為了從中篩選出契合度較大，影響力較高的文獻，首先只保留科學引文索引（Science Citation Index, SCI）、工程索引（Engineering Index, EI）、中文核心期刊（北大）、中文社會科學引文索引（Chinese Social Sciences Citation Index, CSSCI）（南大）、中國科學引文數(shù)據(jù)庫（Chinese Science Citation Database, CSCD）（中科院）5個重要期刊。通過檢索得出相關期刊論文仍有461篇，在結果中以“電池回收”和“新能源”為主題檢索得出共有期刊63篇，為了保證研究的前沿性，將研究范圍縮短至近5年（2018－2022年）最后共得出48篇期刊論文。最后通過對全文篩選和質量評估進行最后一輪篩選，最終得到42篇文獻。通過對文獻進行研究分析，最終從影響因素、回收現(xiàn)狀、面臨困境及發(fā)展策略和未來發(fā)展趨勢四個方面進行分析。

2.1 新能源汽車電池回收影響因素研究

陳吉清等通過波特五力模型分析說明政策對內減少中小企業(yè)的資源，對外放寬外資企業(yè)的涌入是影響汽車電池回收產業(yè)的關鍵因素[1]。賈俊秀等通過斯坦克爾伯格博弈模型，構建數(shù)學模型實證分析證明了在政府補貼策略下能提高電池續(xù)航能力、廢舊電池回收率以及供應鏈企業(yè)的利潤[2]。王萍等通過比較國內外電池回收利用法律法規(guī)說明了國民認知不足、企業(yè)受限、回收成本高以及電池類型、結構、核心差別大是制約汽車電池回收的因素[3]。潘蘇楠等通過采用生態(tài)學視角類比價值研究方法說明了電池回收的技術創(chuàng)新與動力電池回收循環(huán)利用方法創(chuàng)新能促進汽車電池回收效率[4]。張厚明通過理論分析指出動力電池企業(yè)利潤減少、產能過剩、跨國公司的沖擊、產業(yè)核心技術不足是制約動力電池發(fā)展的因素[5]。

通過對相關論文進行總結，發(fā)現(xiàn)影響汽車電池回收的因素主要在于外資企業(yè)對國內企業(yè)造成的沖擊，迫使國內企業(yè)降低利潤，同時國內受限于產業(yè)核心技術創(chuàng)新不足和國家政策支持等方面。

2.2 新能源汽車電池回收現(xiàn)狀研究

新能源汽車電池主要有鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳氫、三元鋰和鉛酸電池，筆者將對這五種電池進行歸納整理。

1.鈷酸鋰電池回收研究

曹遠鵬等通過結合鈷酸鋰正極材料行業(yè)現(xiàn)狀，總結了以鈷酸鋰正極材料為主流的汽車電池回收工藝[6]。作者分別對濕法冶金工藝，火法冶金提取金屬元素工藝和直接再生正極材料工藝三種工藝進行比較并指出不同回收工藝的優(yōu)劣情況。

2.磷酸鐵鋰電池回收研究

陳永珍等對廢棄磷酸鐵鋰回收利用技術進行了總結，并分析了廢棄磷酸鐵鋰電池回收利用的經濟效應[7]。目前，技術層面上的廢棄磷酸鐵鋰材料回收主要有化學沉淀法回收、高溫固相修復及再生、生物浸出與電化學法回收處理技術等幾大類。作者通過比較各種回收方法得出使用高溫固相修復及再生技術具有更高的回收效益。

3.鎳氫電池回收研究

張彬等就機械法、火法、濕法、生物冶金法、正負極分離處理技術、廢氫鎳電池再生技術等當前處理廢氫鎳電池的主要方法進行了論述[8]。盡管大多數(shù)學者的研究都以濕法處理技術為主流，但這種回收模式很容易受到酸的種類、濃度、溫度等方面的影響，這就要求學者對這些影響因素進行更深入的研究。

4.三元鋰電池回收研究

王皓逸等論述了退役三元鋰電池材料回收處理流程[9]，首先退役三元鋰離子電池經過預放電處理，再對電池進行拆解分離，最后進行正極材料回收再生。三元鋰電正極材料回收再生目前主要有濕法冶金技術和物理修復再生技術兩大部分。濕法冶金工藝回收再生過程中包含浸出和再生兩種，其中浸出體系包括酸浸、堿浸以及生物浸出三類，正極材料的再生主要包括沉淀法和溶膠-凝膠法。物理修復再生法技術主要包括固相法、溶劑（水）熱補鋰法和熔巖修復法。

5.鉛酸電池回收研究

林朝萍論述了常用的鉛酸電池回收技術并介紹了鉛酸電池回收處理的新方法[10]。目前鉛酸電池回收主要有火法冶金和濕法冶金兩種技術，其中濕法冶金技術更具有環(huán)保優(yōu)勢，盡管以上回收方法取得了良好的應用，但還是存在效率低、二次污染等問題。于是作者介紹了原子經濟、檸檬酸焙燒、膜直接電解等新方法，不僅能有效緩解當前面臨的問題，還能有效提高經濟效益。

2.3 新能源汽車電池回收面臨困境及發(fā)展策略

王佳等認為汽車電池回收過程中如果廢舊電池得不到科學回收和處置，將會造成巨大的環(huán)境破壞[11]。由于電池中含有大量稀貴金屬，比如鈷、鎳、錳、鋰等金屬，這些金屬是全球公認的戰(zhàn)略資源，如果廢舊電池不能有效回收利用，將造成大量金屬資源的丟失；由于正規(guī)回收企業(yè)太少，電池回收還存在無電池回收的尷尬局面，真正科學有效回收的為數(shù)不多。很多不合規(guī)的小型企業(yè)為了牟取電池回收帶來的利益，與正規(guī)回收企業(yè)相互競爭，這給電池回收帶來了巨大的挑戰(zhàn)。針對這些問題，作者建議對動力電池非法回收渠道進行嚴厲打擊，加大對合法、合規(guī)的動力電池回收渠道的支持力度，強化以生產者為主體責任的動力電池回收模式，同時回收企業(yè)應不斷加強回收設備的智能化改造工作等措施等。

昝文宇等主要探討了新能源汽車電池拆解的問題，動力鋰電池梯次利用大致分為拆解、余能檢測、篩選和重組四個階段[12]。由于國內梯次利用體系比歐美國家建立較晚，在核心設備和技術上的存在差異，在拆解鋰電池上存在安全問題、對于廢舊電池的剩余壽命及電池狀態(tài)無法系統(tǒng)評估、梯次利用產業(yè)鏈和商業(yè)模式也存在不足等問題。作者建議企業(yè)應投入更大資金與研究力度，實現(xiàn)技術創(chuàng)新與突破，同時建議國家應加大對企業(yè)的相應政策支持。

盧超等指出電池回收過程中存在定價不合理，協(xié)調機制不完善等問題[13]，針對這些問題，作者構建了兩階段逆向供應鏈分散式和集中式定價模型，指出企業(yè)要手機消費者的需求信息并對出廠的動力電池進行全生命周期監(jiān)測，政府應給予一定補貼促使消費者購買回收維修后的動力電池并且盡快出臺和完善動力電池回收利用的管理制度。謝家平等構建新能源汽車銷售及動力電池回收的多級供應鏈網絡，找到了電池回收平衡的最優(yōu)條件，有利于幫助政府改善回收體系不完善的社會問題[14]。吳小員等指出退役電池梯次利用市場的未來發(fā)展受退役動力電池梯次利用的安全性影響最大[15]。為利用民用梯次產業(yè)推動未來發(fā)展，應制定與民用梯次企業(yè)相匹配的電池回收策略，并加強對其全生命周期的監(jiān)控，以推動梯次利用民用市場快速增長。

對于新能源汽車電池回收利用方式，學者們主要是針對梯級和再生利用兩類，而國內學者大都更傾向于梯級利用方面的研究。學者們對于新能源汽車電池回收存在的問題及策略分析主要分為社會問題和技術問題。社會問題方面主要存在消費者對于電池回收認識不足、政府政策對企業(yè)支撐不足、政府對電池回收監(jiān)管不足、外來企業(yè)涌入等；技術問題方面主要存在電池技術創(chuàng)新不足、電池回收利用循環(huán)方法體系創(chuàng)新不足、電池拆解技術安全問題存在短板等。學者們的研究成果主要集中在大范圍的領域進行研究，很少有關于針對某一具體企業(yè)的研究，像比亞迪、寧德時代等電池制造商作為國內重要新能源企業(yè)，有必要對這些企業(yè)進行有關研究，由此筆者建議未來有關新能源電池回收的研究可以通過具體到研究某一企業(yè)的電池生產模式、電池銷售模式、電池回收模式，分析其模式中存在的問題并給出相應措施，給其他新能源汽車電池行業(yè)帶來吸收經驗，借鑒優(yōu)良體系的機會，由此來彌補自身發(fā)展模式的不足，最后達到促進整個新能源汽車電池行業(yè)的發(fā)展的目標。

2.4 新能源汽車電池回收發(fā)展趨勢

鄭林昌等針對新能源鋰電池回收提出要盡快制定強制性鋰電池回收政策體系、重視中國地區(qū)差異化，加快鋰電池回收政策制定由政府推動向市場推動轉變[16]；王聰提出將外包裝的功能設計與藝術設計有機結合，促進動力電池系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展服務[17]；趙世佳等提出要優(yōu)化動力電池回收設計、改進電池回收利用管理體系、加大對動力電池技術研發(fā)的支持力度、實現(xiàn)動力電池向商業(yè)化方向轉型發(fā)展等[18]；姚沛帆等提出要提高退役電池回收率并對其中的關鍵資源進行高效清潔提取，進一步推動電動汽車行業(yè)低碳可持續(xù)發(fā)展[19]。李建林等提出在檢測和篩選方面需設計更加有效的檢測和評估方法；在電池管理方面要開展電池全壽命狀態(tài)估算法研究，增加電池壽命預測功能，并增加可以提高電池壽命的技術；在電池安全方面要開展多級安全監(jiān)控技術研究，保障梯次電池儲能的安全性[20]。張學梅等提出通過再生利用工藝，定向制備動力電池正極材料，形成閉路循環(huán)。該方法不僅能緩解我國礦產資源壓力，還能有效避免我國礦產資源被國外壟斷的尷尬局面，以此推動新能源汽車行業(yè)高質量可持續(xù)發(fā)展[21]。

在實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”的重大戰(zhàn)略決策下，發(fā)展新能源汽車電池技術是當今多數(shù)學者的研究方向。如今國內應當學習國外電池回收先進技術，加快產業(yè)核心技術的研發(fā)，重視建立完整高效的回收體系，政府也應給予相應政策支持，擴大國內新能源汽車電池行業(yè)在國外的競爭力，推動新能源汽車行業(yè)高質量可持續(xù)發(fā)展。

3 總結

汽車電池回收主要分為梯次利用和再生利用兩類，梯次利用模式是目前大多數(shù)學者研究的主流。由于汽車電池中含有大量有價值的金屬元素，因此，在回收廢舊汽車電池方面也不能忽視對再生利用模式的關注。

本課題主要從新能源汽車電池回收的影響因素、回收現(xiàn)狀、面臨困難及發(fā)展策略和發(fā)展趨勢等方面進行研究。其影響因素中大多數(shù)研究停留在政策以及技術層面上，重復度高，創(chuàng)新性不足；在回收現(xiàn)狀方面都統(tǒng)一存在技術問題挑戰(zhàn)著科學界的問題；關于發(fā)展中遇到的問題，主要存在電池拆解難，回收利潤低，不合規(guī)小作坊多，缺乏對某一具體企業(yè)進行研究等問題。各企業(yè)應著重在技術領域、回收體系方面進行創(chuàng)新。學者們可以將研究領域滲透到具體企業(yè)中，不僅可以增強實證分析，還能為其他企業(yè)提供寶貴經驗，為實現(xiàn)新能源汽車電池回收可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。

[1] 陳吉清,翁楚濱,蘭鳳崇,等.政策影響下的動力電池產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].科技管理研究,2019,39(9): 148-157.

[2] 賈俊秀,趙學科.政府補貼下新能源汽車供應鏈電池續(xù)航能力及回收策略[J].系統(tǒng)工程學報,2022,37(3): 330-343.

[3] 王萍,劉波,高二平,等.車用動力電池回收利用標準的現(xiàn)狀及建議[J].電池,2020,50(3):280-283.

[4] 潘蘇楠,李北偉,聶洪光.我國新能源汽車產業(yè)可持續(xù)發(fā)展綜合評價及制約因素分析:基于創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)視角[J].科技管理研究,2019,39(22):41-47.

[5] 張厚明.我國新能源汽車動力電池產業(yè)發(fā)展面臨的問題與建議[J].科學管理研究,2018,36(6):58-61.

[6] 曹遠鵬,張藝博,段建國,等.廢舊鋰離子電池鈷酸鋰正極材料回收研究進展[J].中國有色冶金,2022,51 (5):23-31.

[7] 陳永珍,黎華玲,宋文吉,等.廢舊磷酸鐵鋰電池回收技術研究進展[J].儲能科學與技術,2019,8(2):237- 247.

[8] 張彬,羅本福,谷晉川,等.廢舊鎳氫電池回收再利用研究[J].環(huán)境科學與技術,2014,37(1):135-143.

[9] 王皓逸,鄒昱凌,孟奇,等.退役三元鋰離子電池正極材料高效清潔回收技術研究進展[J].人工晶體學報,2021,50(6):1158-1169.

[10] 林朝萍.廢舊鉛酸電池的回收技術新方法及其研究進展[J].資源再生,2022(7):55-58.

[11] 王佳,黃秀蓉.廢舊動力電池的危害與回收[J].生態(tài)經濟,2021,37(12):5-8.

[12] 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].稀有金屬與硬質合金,2020,48(5):5-9,71.

[13] 盧超,趙夢園,陶杰,等.考慮需求和質量雙重風險的動力電池回收定價策略和協(xié)調機制研究[J].運籌與管理,2020,29(4):195-203.

[14] 謝家平,李璟,楊非凡,等.新能源汽車閉環(huán)供應鏈的多級契約決策優(yōu)化[J].管理工程學報,2020,34(2):180- 193.

[15] 吳小員,王俊祥,田維超,等.基于應用需求的退役電池梯次利用安全策略[J].儲能科學與技術,2018,7(6): 1094-1104.

[16] 鄭林昌,張亞楠,李澤陽,等.不同消費情景下中國新能源汽車鋰回收潛力[J].資源科學,2022,44(1):97-113.

[17] 王聰.動力電池回收體系的外包裝功能設計與藝術設計的融合:評《動力電池梯次利用與回收技術》[J].電池,2022,52(4):479-480.

[18] 趙世佳,徐楠,喬英俊,等.加快我國新能源汽車動力電池回收利用的建議[J].中國工程科學,2018,20(1): 144-148.

[19] 姚沛帆,黃慶,張西華,等.中國退役動力電池中關鍵資源回收潛力研究[J].稀有金屬,2022,46(10):1331-1339.

[20] 李建林,李雅欣,呂超,等.退役動力電池梯次利用關鍵技術及現(xiàn)狀分析[J].電力系統(tǒng)自動化,2020,44(13): 172-183.

[21] 張學梅,吳奔奔,明幫來,等.退役動力電池回收再生技術系列標準解讀[J].電池,2022,52(5):569-573.

Review of Research on Battery Recycling for New Energy Vehicles

CHEN Bingyu

( School of Mathematics and Physics, Shanghai Electric Power University, Shanghai 200070, China )

In recent years, despite the continuous development of new and renewable energy, fossil fuels are still the main energy used by human beings, which leads to huge global carbon emissions and great damage to human environment. As a new energy vehicle after fuel vehicles, it plays a positive role in energy saving and emission reduction and achieving the goal of "carbon neutrality". The state has given strong support on the industry of new energy vehicles in terms of policy. As a new industrial mode, although new energy vehicles are the focus of development, there are still many problems in the battery recycling of new energy vehicles, which attract a large number of scholars to participate in the topic of battery recycling. The development potential of new energy vehicles is huge, and the research on the direction of battery recycling is also deepening. This paper reviewed the development history of new energy vehicles, sorted out the new energy vehicles battery recycling methods and problems, and gave corresponding suggestions, hoping to help the future scholars.

Battery recycling; Power Battery; New energy vehicles; Literature review

U469.7

A

1671-7988(2023)19-189-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.019.037

陳炳諭（2002－），男，研究方向為應用物理，E-mail:1211754626@qq.com。