推广新能源汽车，如何处理大量废旧动力电池？

近年来，我国新能源汽车行业呈现快速发展态势。尤其是在政策驱动下，国内对纯电动汽车需求出现大幅度增长，大大促进了动力电池的生产，但随之产生的废旧动力电池也呈现井喷式上涨。

据估计，到2020年，我国将产生25亿只、约52万吨的废旧动力锂离子电池。

3月5日，在由北京市科学技术协会、中国科学院文献情报中心主办的“动力锂电池回收”决策咨询沙龙上，中国科学院过程工程研究所研究员孙峙提出，废旧动力电池的回收是新能源汽车产业生命周期中的重要组成部分，其合理处置特别是回收利用对行业发展至关重要。

孙峙指出，随着我国相关政策不断完善、废旧动力电池产生量的不断增加，以及相关技术的不断成熟，期待我国废旧动力电池回收利用管理体系和产业结构也能够进一步完善，市场逐渐走向规范化。

资源供给面临挑战

自上世纪90年代锂电池进入商业化发展阶段至今，持续着许多关于其性能升级、产业发展的研究。在我国储能、新能源汽车等产业中，锂电池的应用也非常广泛。

“这么多年来，锂电池的性能已经明显提升，不过结构变化很小。”孙峙介绍，锂离子电池的结构，包括电池壳、正极、隔膜、负极、集流体、电解液等部件，其中正极材料是锂离子电池的核心，是决定电池性能的关键因素。“价值最高的还是正、负极材料和铜。”

而在正极的主要材料成分中，不同种类的电池则分别包括钴酸锂、镍酸锂、镍钴二元、镍钴锰、镍钴铝三元材料、磷酸铁锂等。

为什么要关注正极材料？孙峙列举了正极材料中锂、镍、钴、锰等几种主要金属资源的储量情况。

其中镍、钴则属于我国稀缺资源，对外依存度都超过90%。同时，我国锂资源约占全球储量20%，但主要在高原地区。事实上，2017年和2018年我国一次锂资源的进口量高达80%。

在此背景下，加之各相关产业的迅猛发展对资源需求量越来越大，导致以镍和钴为代表的各类资源价格明显受到了政策波动。

我国目前是全球最重要的新能源汽车生产和销售国，对锂、镍、钴等资源的需求非常大，因此资源供给高风险是显而易见的。

通常而言，当电池容量降低到80%以下后就不能满足动力汽车的要求。2017年，全球约报废6万吨锂电池。我国动力锂电池报废量2018年的统计数据约为3万吨，2019年预计达到6~7万吨，“但进入大型回收企业的量却显著低于这一数字，有一部分废弃电池无法计入统计”。从监管、环保的角度，孙峙提出，报废电池回收确实还需要更多政策引导。

梯次利用可缓解回收压力

目前我国废旧动力电池的处理处置仍然处在市场和技术培育阶段，虽然在有价元素如钴、镍等提取方面取得了较大进展，前端的预处理过程包括动力电池拆解、梯次利用、电芯破碎/分选、资源高效循环、材料再生以及全过程绿色化升级等仍然有较大提升空间。

孙峙介绍，当动力电池退役之后，整个电池组需要从车上拆解下来。然而，电动汽车动力电池包的设计多种多样，电池包的内外部结构设计、模组连接方式、工艺技术各不相同，电池的种类结构复杂多样，电池使用的寿命状况也具有多样性，这极大地增加了动力电池的梯级利用以及拆解难度。

比如，若采用不同的自动化拆解操作工艺无疑会导致拆解成本过高；若采用人工拆解，其拆解效率低，拆解过程可能产生二次污染从而对环境和人体健康造成一定的威胁。

而动力电池包的安全拆解是对资源梯次利用的一个重点。孙峙对梯次利用进行了着重介绍，车用动力电池的梯次利用，是指将退役的动力电池经拆解、测试、分类、重组之后，将其根据其使用的寿命状况重新分档使用，充分发挥电池的剩余价值。

“通常退役的动力电池还保有一定容量，直接报废会造成剩余容量的浪费。”事实上，退役的动力电池还保有其初始容量的70%~80%，可将其用于电动自行车、游览车等的电源或储能等对能量密度要求不高的领域。

因而梯次利用也可以缓解大量动力电池进入回收阶段的压力，更能充分发挥动力电池的容量价值，使动力电池的生命周期得到延长，在有效降低车用动力电池成本的同时，也减少电池中重金属元素对环境的危害，有利于动力汽车行业的健康有序发展。

不过，我国从近几年才开始开展相关理论研究和示范工程，步伐相对较慢，成规模的商业化还未真正开始，更缺乏对规模潜力及经济性的量化分析。

合理配置方能有序发展

孙峙带队的中科院过程所资源循环与可持续工程团队，研究范围涵盖自动化、化工、冶金、环境、材料等，正从事关键金属材料资源回收与固废无害化处理的基础研究与技术开发，主要涉及汽车、飞机、半导体等战略性新兴产业。

▲孙峙在实验室

记者了解到，他们的课题涉及废电池自动化快速识选、基于物料整形的废旧动力电池前处理工艺与装备，以火法及全湿法进行选择性提锂技术、前驱体制备过程污染物控制等。

目前废动力电池回收主要采用火法及湿法两种技术。火法工艺需要稳定、完整的上下游产业链，国外多采用火法。而国内主要以湿法为主，孙峙介绍湿法的主要问题在于环境成本，特别是废液处理成本相对更高。

对于湿法工艺与火法工艺的优缺点，孙峙进行了对比介绍。湿法的优势在于提取选择性高，废气排量小，能耗也适中，并且此工艺还能够兼顾锂电池负极材料的回收，但湿法工艺中，由于铁、铝、锰等杂质的影响，废水处理效率偏低，并且在工艺的不同阶段需要使用的是不同化学试剂。

火法的明显优势则在于生产效率高、提取过程无废水及污泥，并且铁、铝、碳等物质可以作为还原剂或燃料使用，但其对废料供给依存度高，废气处理系统的投入也大，并且电耗偏高、废渣产生量大。

“总体来讲，废旧动力电池的回收主要遵从4个方面的要素：资源/环境/社会需求要素、废弃物管理要素、回收技术要素和市场要素。”

孙峙认为，要实现废旧动力电池的高效回收和促进新能源汽车行业的健康、有序发展，需要合理配置4个相关要素并充分从各个需求方面评估和认识废旧动力电池回收的重要性。而需求要素将直接决定其他要素的配置权重，特别是废弃物管理方面需要充分考虑废动力电池的资源和环境效应，以及当前的技术现状和市场预期。

防控风险，抓住机遇

废旧动力电池不仅含有大量有价元素，其中的有毒有害物质如不妥善处理也将会对环境造成严重危害。而在锂电池的部件中，危害最大的是电解液，其中含有易挥发的含氟物质以及难降解的污染物。以跨国企业优美科为例，其电池回收工艺中环保技术投入占总成本60%左右。

“收集、运输过程中的废动力电池以及3C锂离子电池出现破损、漏液等情况，存在很大的环境风险。”孙峙介绍。

根据2016年发布的《国家危险废物名录》，9类与电池行业相关，其中2类直接与动力电池行业相关。因此，废旧动力电池的大量产生，将为环境保护带来新的挑战，但也将成为资源循环和梯次利用衍生行业的机遇，只有实现其高效资源化循环利用和合理环保处置可预期可观的经济和环境效益。

从防控风险的角度，孙峙提出了几点建议

首先，动力电池回收市场当下波动较大，为避免局部过热，或是一些企业由于后续产品价格下跌而直接停产的现象，有关部门应在政策上有所引导。

其次，应从顶层设计上对产业布局予以梳理。“我们做过简单统计，到2019年1月份，已批复的废动力电池回收产能达到了120万吨，其数量非常大，但主要集中在湖南、江西、广东和广西等4个省份，产能分布不均匀也会存在风险。”

再次，在技术升级的角度上，孙峙希望研究人员能够在装备和污染防治水平上再多做些工作。

此外，我国车用动力电池回收网络及有效回收模式，仍有待建立和规范。

孙峙期待，随着我国相关政策不断完善、废旧动力电池产生量的不断增加，以及相关技术的不断成熟，我国废旧动力电池回收利用管理体系和产业结构能够进一步完善，市场逐渐走向规范化。