廢舊鋰離子動(dòng)力電池的拆解及梯次利用

1、作者：朱國(guó)才何向明來(lái)源：新材料產(chǎn)業(yè)2017年第9期一、前言我國(guó)已經(jīng)成為全球最大新能源汽車市場(chǎng)，2014年電動(dòng)汽車銷售量為7萬(wàn)輛，2015年30萬(wàn)輛，2016年達(dá)到50萬(wàn)輛。隨著電動(dòng)汽車關(guān)鍵部件電池使用壽命逐漸到期，動(dòng)力電池報(bào)廢量也越來(lái)越大。預(yù)計(jì)到2020年我國(guó)車用動(dòng)力電池需求量將達(dá)125GWh,報(bào)廢量將達(dá)32GWh，報(bào)廢電池折算為質(zhì)量將達(dá)到約50萬(wàn)t；到2030年，車用動(dòng)力電池報(bào)廢量將達(dá)lOlGWh，報(bào)廢動(dòng)力電池量約116萬(wàn)to目前廢舊動(dòng)力鋰離子電池回收主要有2種方式，一是梯次利用：針對(duì)電池容量下降到原來(lái)70%80%無(wú)法在電動(dòng)汽車上繼續(xù)使用的電池，進(jìn)行梯次利用，可繼續(xù)在其他領(lǐng)域如電力儲(chǔ)能、低速

2、電動(dòng)車、五金工具等作為電源繼續(xù)使用一定時(shí)間；二是拆解回收：主要針對(duì)電池容量下降到50%以下，該類電池?zé)o法繼續(xù)使用，只能將電池進(jìn)行拆解并資源化回收利用。目前動(dòng)力電池的回收利用以小型的環(huán)保企業(yè)為主，并形成梯次利用的市場(chǎng)，以18650為例回收到企業(yè)的成本約0.1元/個(gè)，把電池包拆解，得到單體電池，經(jīng)過(guò)測(cè)試后，可售出作為五金工具的電源，批發(fā)的價(jià)格可以達(dá)到11.5元/個(gè)，因此具有經(jīng)濟(jì)效益。但這些小公司工藝設(shè)備落后，回收利用過(guò)程很難達(dá)到環(huán)保要求。而專業(yè)回收公司如深圳格林美高新技術(shù)股份有限公司、廣東邦普循環(huán)科技有限公司、浙江超威動(dòng)力能源有限公司和廣東芳源環(huán)保股份有限公司等具有先進(jìn)技術(shù)設(shè)備及一定技術(shù)開(kāi)發(fā)，但目

3、前還只能對(duì)特有電池品種（如三元材料電池）進(jìn)行回收利用。由于動(dòng)力鋰電池品種多，在拆解過(guò)程缺乏自動(dòng)化拆解技術(shù)，進(jìn)行環(huán)?；厥绽眯枰黾悠髽I(yè)成本，因此回收利用過(guò)程很難獲得經(jīng)濟(jì)效益，需要政府系統(tǒng)的支持和政策激勵(lì)。整體上看，由于電動(dòng)汽車發(fā)展時(shí)間不長(zhǎng)，動(dòng)力電池廢料在近幾年才大量進(jìn)入市場(chǎng)。我國(guó)動(dòng)力電池的回收利用還處于初始階段，針對(duì)不同類型的動(dòng)力鋰離子電池?zé)o論在拆解、梯次利用及資源綜合利用方面缺乏成熟的技術(shù)。因此在廢舊動(dòng)力鋰電池回收利用方面必須進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)及創(chuàng)新，才能保證我國(guó)電動(dòng)汽車的健康及可持續(xù)發(fā)展。二、廢舊鋰電池的梯次利用隨著2016年底我國(guó)廢舊鋰離子電池的大批量的出現(xiàn)，實(shí)際上在國(guó)內(nèi)很快形成了梯次利用市場(chǎng)

4、，2017年初開(kāi)始一些小型企業(yè)將動(dòng)力電池包拆解得到電池單體進(jìn)行批發(fā)，作為移動(dòng)光源如手電筒、五金工具及低速電動(dòng)車的電源使用。2017年開(kāi)始至少有10家以上的小型企業(yè)進(jìn)行該經(jīng)營(yíng)活動(dòng)。早期確定的廢舊動(dòng)力電池梯次利用方向，作為儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)廢舊動(dòng)力電池梯次利用，還沒(méi)有得到實(shí)質(zhì)性的推廣。國(guó)內(nèi)梯次利用進(jìn)展早期我國(guó)廢舊動(dòng)力電池的梯次利用以儲(chǔ)能系統(tǒng)作為主要發(fā)展戰(zhàn)略，中國(guó)電科院、國(guó)網(wǎng)北京市電力公司、北京交通大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、北京普萊德新能源電池科技有限公司等單位相繼進(jìn)行了動(dòng)力電池梯次利用示范工程。國(guó)內(nèi)幾個(gè)典型的動(dòng)力電池梯次利用示范工程見(jiàn)表1。但這些示范工程以后，多數(shù)沒(méi)有進(jìn)行商業(yè)性運(yùn)營(yíng)。國(guó)外梯次利用進(jìn)展國(guó)外的梯次

5、利用主要也以儲(chǔ)能為主，日產(chǎn)汽車和住友集團(tuán)合資的4REnergy公司，將日產(chǎn)leaf氣車的二手電池用于家庭和商業(yè)儲(chǔ)能設(shè)備；夏普公司開(kāi)發(fā)了智能功率調(diào)節(jié)器，以使車載動(dòng)力電池可以用于家庭電源管理；同時(shí)美國(guó)EnerDel公司和日本伊藤忠商社合作，在新建公寓中推廣梯次利用電池。美國(guó)TeslaEnergy、通用公司及ABB集團(tuán)，德國(guó)BOSCH、BMW等公司也開(kāi)展了梯次利用的實(shí)踐。目前國(guó)外電池梯次利用的典型案例見(jiàn)表2。梯次利用市場(chǎng)我國(guó)自2011年以來(lái)，動(dòng)力鋰電池的市場(chǎng)規(guī)模也越來(lái)越大，2009-2016年我國(guó)累計(jì)生產(chǎn)新能源車達(dá)到近100萬(wàn)輛，實(shí)際上2016年底我國(guó)新能源汽車動(dòng)力電池累計(jì)報(bào)廢量約為2萬(wàn)4萬(wàn)t,據(jù)估

6、算2018年我國(guó)電池報(bào)廢量將達(dá)到17.5萬(wàn)t,廢舊動(dòng)力鋰電池回收價(jià)值將50億元以上，2020年回收市場(chǎng)價(jià)值將達(dá)到100億元。同時(shí)移動(dòng)光源、五金工具及低速電動(dòng)車的電源方面對(duì)退役鋰離子電池有著巨大的市場(chǎng)需求，估計(jì)在近幾年廢舊鋰離子電池的梯次利用在這些領(lǐng)域有著巨大的市場(chǎng)前景。廢舊鋰電池的拆解鋰電池的使用具有一定的生命周期，使用一定時(shí)間需要報(bào)廢，即使進(jìn)行梯次利用，最終也要報(bào)廢。鋰電池由殼體，正極（鋁基片），負(fù)極（石墨與銅基片），電解液，隔膜等組成。如不進(jìn)行拆解及分選，無(wú)法回收廢舊電池中的有價(jià)材料及成分，即使進(jìn)行分離，也無(wú)經(jīng)濟(jì)意義。因此回收企業(yè)應(yīng)著力開(kāi)展廢舊鋰電池的拆解的技術(shù)開(kāi)發(fā)。對(duì)于大容量三元材料電池

7、，處于安全考慮，還沒(méi)有進(jìn)行規(guī)?；鸾饣厥諏?shí)踐，而對(duì)于電池單體容量小、質(zhì)量輕和體積小的電池進(jìn)行大規(guī)?；厥仗幚恚ㄈ绯Ｒ?guī)的18650鋰離子電池）。目前已經(jīng)有成熟的拆解技術(shù)，主要采用破碎分選的方法進(jìn)行拆解，其工藝流程依次為放電、高溫?zé)峤?、機(jī)械破碎、粒徑分選、密度分選等見(jiàn)圖1。41EnqiVWH：淖帕鳳.日町疣腳槨皆化劇田!亦vmtJiliSSflUtfin.-rWJt菲電為s：即啊at境気即屯眷in耳勺iSTJ；供j走:電RHE9T“飢*L-.1-：:-lEEE綃BfUlitllffiSBP4TJBtolMErfX：:田鐘Mt口E1：碼駢h購(gòu)畑4;T4&ir粗就股洶鄧前垃醉鮭yt誕5113181WV.

8、LMvl用1耙躺佯舊孔HUT*禪NUElUHtHlt需nmt注停珂啦和也證電酒UFkPCI.馨恵團(tuán)4艸i-電疋張岬ns員風(fēng)呻一1區(qū)勺4flAttfSKXEAJ關(guān)于破碎分選工藝，河南一些小型機(jī)加工廠開(kāi)發(fā)了5001000kg/h的拆解系統(tǒng)（圖2）,廢舊鋰電池有價(jià)組分回收利用率達(dá)90%以上，針對(duì)不同形狀的廢舊鋰電池提出了不同的拆解分選流程。據(jù)報(bào)道，2017年4月中航鋰電（洛陽(yáng)）有限公司建立了全自動(dòng)化鋰動(dòng)力電池拆解回收示范線。該示范線可對(duì)鋰動(dòng)力電池中銅鋁金屬回收率高達(dá)98%,正極材料回收率超過(guò)90%。這項(xiàng)技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平，并獲得2016年河南省重大專項(xiàng)600萬(wàn)元專項(xiàng)資金支持。磷酸鐵鋰（LiFeP0

9、4）動(dòng)力電池安全性好，但規(guī)格不一、形狀各異，可以進(jìn)行規(guī)?；鸾狻Ｒ恍┬∫?guī)模的回收廠家主要先拆分電芯得到正、負(fù)極片，再破碎分選，回收銅、鋁及電池材料，工藝流程見(jiàn)圖3。隨著LiFeP04電池的大規(guī)模使用及逐漸退役，規(guī)模化及全自動(dòng)化拆解LiFeP04動(dòng)力電池仍存在4大難題：自動(dòng)化拆殼技術(shù)、自動(dòng)化拆片技術(shù)、LiFeP04材料再生利用技術(shù)和電池拆解過(guò)程中的環(huán)境安全控制。需要進(jìn)行全自動(dòng)拆解設(shè)備的技術(shù)開(kāi)發(fā)。三、結(jié)語(yǔ)近幾年我國(guó)新能源汽車得到了快速發(fā)展，與此同時(shí)產(chǎn)生廢舊電池也在快速增長(zhǎng)，對(duì)廢舊鋰電池進(jìn)行回收再利用，不但是環(huán)境保護(hù)的要求，同時(shí)也有利于資源循環(huán)利用。國(guó)內(nèi)外在動(dòng)力電池的梯次利用方面已經(jīng)進(jìn)行了有益的工作，但在鋰電拆解及循環(huán)再制造技術(shù)的研究方面還處于初級(jí)階段，需要進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)及技術(shù)創(chuàng)新。10.3969/j.issn.1008-892X.2017.09.009參考文獻(xiàn)李肖肖，王楠，郭盛昌，等廢舊動(dòng)力鋰離子電池回收的研究進(jìn)展J.電池，2017,47(1):52.陳江平.LiFeP04廢電池回收處理設(shè)備的設(shè)計(jì)及正極廢料的改性研究C.天津，天津理工大學(xué)，2016.3.王英東，楊敬增