钜大LARGE | 点击量：1056次 | 2018年10月15日
动力电池综合利用项目的分析报告
一、前言
新能源汽车发展趋势强劲，不管“十二五”还是“十三五”，新能源汽车都是中国由汽车大国向汽车强国转变的关键时期。相关数据显示，2018年新能源汽车的销售量应该在50~60万辆，按照国家规划，到2020年新能源汽车保有量达到500万辆是非常现实的数字。新能源汽车的核心部件是动力电池，新能源汽车对动力电池的报废标准是电池容量低于80%，这也就意味着3~5年就要更换一次动力锂电池。2020年纯电动乘用车和混合动力乘用车的动力锂电池报废量将达到17万吨，废弃动力锂电池回收已成为行业关注焦点。
20世纪90年代以来，随着锂电池广泛应用，我国成为世界上最大的锂电池生产、消费和出口国。特别是近年来我国出台了购置补贴、税费减免、研发支持、消费优惠、基础设施等一系列重大政策措施，新能源汽车市场日益蓬勃发展。工业和信息化部公布，2016年我国新能源汽车销量达到50.2万辆、保有量超过100万辆，占全球市场保有量的50%，到2020年累计产销量将超过220万辆。
随着新能源汽车快速发展，作为新能源汽车的“心脏”，动力锂电池产业也在迅猛增长。按照相应的报废标准，动力锂电池回收利用市场已经形成。据锂电大数据网专家分析，预计到2018年，我国动力锂电池废旧回收市场将初具规模，累计废旧动力锂电池超过12GWh、报废量超过17万吨，从中回收钴、镍、锰、锂、铁和铝等金属所创造的回收市场规模将超过53亿元，到2020年将超过100亿元，2023年废旧动力锂电池市场将达250亿元。
同时，这些废旧动力锂电池拆解过程也会产生废气、废液、废渣等污染，一旦有机电解液和钴、铜、镍等重金属物质渗入水和土壤之中，就会带来生态环境安全隐患，甚至会危及人类健康。如果不对废旧动力锂电池进行必要的回收和处理，不仅会造成资源浪费，也会对环境造成一定污染。因此，加快动力锂电池回收利用迫在眉睫，成为影响新能源汽车产业发展的重大课题。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
二、行业现状
2016年，全国生态文明建设工作推进会强调，建立绿色循环低碳发展产业体系，习总书记和李克强总理对此都作了重要批示。近几年，我国先后出台了《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020)》、《关于加快新能源汽车推广应用的指导意见》、《电动汽车动力蓄电池回收利用技术政策(2015年版)》、《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》、《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范公告管理暂行办法》等多项政策文件，要求加强动力锂电池梯级利用和回收管理、研究制定动力锂电池回收利用政策、建立健全废旧动力锂电池循环利用体系、加强行业管理与回收监管等，像上海、深圳等地政府也在积极探索相关内容，但动力锂电池回收利用问题尚未真正有效落实。目前面临的主要问题有：
1、退役电池较为复杂，不易拆解
废旧动力锂电池包括不同的类型、设计工艺和串并联成组形式，以及多样化服役时间、应用车型和使用工况。这导致电池拆解不便。自动化拆解对生产线的柔性配置要求较高，处置成本过高；而手工拆解影响电池回收成品率，也易造成电池短路、漏液，可能会导致起火或爆炸，造成人身财产损失。
2、退役电池一致性差，品质不高
废旧动力锂电池再利用须经过品质检测，包括安全性评估、循环寿命测试等，将电芯分选分级，再重组后才可再利用。否则，一致性无法保障。但这些测试设备、测试费用、测试时间、分析建模等都会增加成本。如果一些问题电池没被检验出来而再次被使用，还会增加整个电池系统的安全风险。
3、回收拆解成本较高，盈利点低
国内尚未建立成熟的回收体系，动力锂电池回收产业也未形成规模效应，由于回收工艺成本高，投入超出电池价值。据中国电动汽车百人会提供的资料，某公司回收处理1吨废旧磷酸铁锂动力电池的成本为8540元，而再生材料收益仅为8110元，亏损430元。用于储能也不具备经济性。据中国科学电力研究院数据，2015年锂电池储能综合度电成本为0.73元/kWh，而铅炭电池、抽水蓄能度电成本接近0.4元/kWh。
4、回收政策缺乏监管，执行不到位
尽管我国出台政策文件，确定生产者责任延伸制度，明确了新能源汽车生产企业、动力蓄电池生产企业、梯级利用电池生产企业、报废汽车回收拆解企业等责任，但由于政策并不具有强制性，且缺乏明确的奖惩机制，加上动力锂电池回收再利用经济性不高，目前动力锂电池相关主体无利可图，对政策执行积极性不高。
三、技术分析
1.干法技术
干法是将锂离子电池还原焙烧分离出钴、铝，浸出分离钴和乙炔黑。
从废旧锂离子二次电池中回收钴等的技术，其工艺为先将电池焚烧，再筛选去铁和铜后，将残余粉加热并溶于酸中，用有机溶剂萃取可提出氧化钴。
先把废旧锂离子电池破碎，再进行热处理，将可燃材料变为气体，留下LiCoO2。在恒温水浴中，加入硝酸、双氧水溶解LiCoO2，使得Co和Li的浸出率均达到90%。干法工艺相对简单，易于工业化应用，也是目前国内市场上比较成熟的工艺。
2.湿法技术
湿法是以无机酸溶液将废旧电池中的各有价成分浸出后，再以一定的方法加以回收。在80℃下用盐酸浸出锂离子二次电池正极料，Co、Li的浸出率均大于99%，之后用PC-288A(2-乙基己基磷酸-单-2-乙基己基醚)萃取Co，反萃取后以硫酸钴形式回收钴。再加入碳酸钠溶液，生成碳酸锂沉淀，回收率接近80%。
用酸浸出锂离子电池正极废料，往浸出液中加入两性金属，使Co2+变成Co，然后除去两性金属，获得金属Co。
先将电极材料在稀盐酸中溶解，再调节pH=4，选择性沉淀出铝的氢氧化物，然后调节pH至10左右，使钴、镍生成氨的配合物，再通入O2把Co2+、Ni2+氧化，并将溶液通过离子交换树脂，再用草酸盐将Co和Ni沉淀下来。吴芳[7]采用碱溶解电池材料，预先除去约90%的铝，然后采用H2SO4+H2O2体系浸出滤渣，浸出后的滤液中含有Fe2+、Ca2+、Mn2+等杂质，用P2O4溶剂萃取得到钴和锂的混合液，然后用P5O7溶剂萃取分离钴、锂，反萃取后得到硫酸钴，萃余液沉淀回收碳酸锂，锂的一次回收率为76.5%。
湿法工艺能耗也较大，且工艺流程长，对设备要求高，成本较高，资源回收率较低。
3.离子筛法处理锂离子电池
2003年武汉理工大学发明了一种用λ-MnO2离子筛从废锂离子电池中分离回收锂的新方法，当年即被授予发明专利。步骤为：将电池解体去除外壳，将电池芯浸泡在盐酸中使其充分溶解；调节体系的pH>10，过滤后得到含锂离子的料液；用λ-MnO2离子筛处理料液，对锂离子进行选择性吸附分离，然后用盐酸对吸附在离子筛中的锂离子进行洗脱，蒸发洗脱液得到氯化锂，向洗脱液中加入Na2CO3，加热浓缩后得到碳酸锂沉淀。
4.生物浸出工艺
所谓微生物浸出工艺就是用微生物将体系中有用组分转化为可溶化合物并选择性地溶解出来，得到含金属的溶液，实现目标组分与杂质组分分离，最终回收有用金属的技术。
与传统电池回收技术相比，生物浸出有基建投资少、操作成本低、对环境的污染小等优点。但这是一个比较新的课题，还有去多问题需要解决，如菌种的选择与培养，浸出条件的控制，金属的生物浸出机理等。
四、建议
1.研究电池标准化并落实可追溯体系
加强对动力锂电池的结构设计、连接方式、工艺技术、集成安装等标准化进行研究，尽快制定动力电池编码强制标准，将可追溯系统与新能源汽车产品公告管理挂钩，确保电池全生命周期信息记录，提高检测评估的便利性和准确性。
2.加大电池回收再利用关键技术研发
加大对废旧锂电池拆解、重组、测试和寿命预测等关键技术进行攻关，提高其技术成熟度和生产过程的安全性。同时，提高电池拆解、重组及回收技术的自动化水平和回收效率，使动力锂电池回收再利用具有经济可行性和安全性。
3.制定和实施动力电池回收奖惩措施
制定动力锂电池回收再利用激励实施细则，建立赏罚机制。比如，对未按照回收政策履行责任义务的企业进行惩罚，对电池回收企业和电池再利用企业按照电池套数、容量等方式进行补贴，实行税收优惠，确保回收再利用企业的经济性；对消费者可采用押金和奖励并行的制度，培养消费者动力电池回收的意识。
4.鼓励商业模式创新试点和推广应用
积极创新商业模式，积累经验后对具有推广价值的循环经济发展模式进行复制。落实动力锂电池回收再利用体系建设，并利用补贴机制和优惠政策，提高企业和消费者的积极性，但避免一些投机企业为了补贴跟风进入这个行业，形成公平和良性的竞争机制，以有利于产业健康发展。
五、结论
锂离子动力电池的应用日益广泛，废旧的锂离子动力电池会对自然环境与人类健康造成极大地威胁与危害，而丰富的可再利用资源也让人们为之震惊。面对废旧锂离子动力电池所带来的困扰，就如何针对性地建立锂电池回收体系，确定政府、生产厂商、销售商在回收体系中的关系，如何确保锂电池的使用周期与寿命等方面提出一系列的解决方案与建议，致力于更好地实现废旧锂离子动力电池的回收再利用。
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