退役电池去向何方

2021年，中国新能源乘用车世界份额占比51%。汽车工业正在经历百年未有之大变局，迎来了巨大的时代机遇。但迎接新能源汽车市场爆发增长的同时也会遇到一系列挑战，包括电池技术、产业以及材料资源的可持续发展问题——电池回收利用。

图1 广西柳州，新能源车等待出厂（新华社发）

为什么要回收

事实上，从电池制造全链条来看，电池回收利用处在产业链后端，但退役电池的回收利用工作，却关乎整个储能行业能否持续健康发展的关键。目前常见的动力电池中除了含有大量锂元素之外，还含有锰、镍、钴、铁等金属元素，动力电池所消耗的锂盐和钴盐已经成为锂、钴所有应用领域中的最大占比。 从2015年到2040年，电动汽车电池组预计可产生400万公吨锂离子电池。目前全球生产的钴约有50%用于二次电池，其中绝大多数用于锂离子电池，少量用于镍氢电池。除此之外，钴还是集成电路、半导体、磁记录设备（如硬盘）和各种高强度合金的重要组成部分。 全球锂资源的可采储量高达2100万吨，这其中有3/4分布在澳大利亚、智利、阿根廷；钴资源的可开采量仅为710万吨，2/3依赖于非洲的刚果金；镍矿的一半依赖于印尼和俄罗斯。从这一点来看，做好退役电池的回收工作，不仅可以更好地发展循环经济，也能有效缓解我国长期以来对此类资源的对外依存度。 除节省材料外，电池回收对能源消耗和环境保护也有积极影响。锂、镍、钴和铝从矿山中被提取、运输和冶炼过程中，释放大量温室气体，尽管铝、铜、铁本身价格不高，但回收利用所需要的能量远远低于开采，同时减少大量有害气体排放。

图2 各元素分布地图

退役电池的两种去向

一般来说，新能源汽车中的动力电池在衰减大于20%时，就无法满足汽车驾驶的要求，需要“退休”。对于衰减区间在20%-40%的退役电池，可以满足二次使用的梯次利用，而这也被认为是退役电池的首选去向。 按照官方解释，动力电池梯次利用即是对新能源汽车退役动力电池进行必要的检验检测、分类、拆分、电池修复或重组为梯次产品，使其可应用至其他领域的过程。 在新能源汽车充电行业，北京大兴电动出租车充电站梯次利用示范工程，将退役电池用于变压器输出功率的调整以及维持电压水平的稳定；在通信行业，比克公司将退役电池用于基站、路灯等设备的储备电源，以达到稳定、节能的目的；在储能领域，郑州尖山退役电池储能示范工程将退役电池与风力、太阳能发电站结合，实现了稳定的风光储混合微电网功能；在辅助调频领域，唐山曹妃甸“梯次电池储能示范工程”，实现了可靠的削峰填谷功能，提高了电能质量。

图3 退役电池的梯次利用 如果衰减超过40%，动力电池一般就只能被拆解进行资源化利用，这也成为动力电池回收市场的第二种商业模式。在原材料翻倍上涨的行情下，直接提取电池里的锂钴镍元素，进行资源化利用，远比梯次利用更划算。 常用的回收工艺一般包括化学回收、物理回收、生物回收联合法四类，根据处理方法不同，化学回收工艺又分为湿法回收技术和火法回收技术。 火法回收是最简单粗暴的回收方法，将报废锂电池放电后直接送入熔炉，并在高温（>1000°C）下熔炼。在这个过程中，塑料、电解质和含碳成分被去除，有价值的金属（钴、镍、铜等）被收集为熔融金属和合金。因为其简单、生产率和处理能力高。然而，该工艺通常不回收锂，锂与其他难熔氧化物和气体一起作为熔渣流失。此外，回收的合金需要通过湿法冶金途径进一步精炼。与原材料提取相比，火法冶金回收可能会导致温室气体排放和能源消耗的净增加，是典型的高排放、高能耗工业。 湿法回收工艺是将废弃电池破碎后溶解，然后利用化学试剂，选择性分离浸出溶液中的金属元素，产出高品位的金属材料，直接进行回收。湿法回收处理比较适合回收化学组成相对单一的废旧锂电池，其设备投资成本较低，适合中小规模废旧锂电池的回收。因此，该方法目前使用也比较广泛。最常见的是用有机酸（生物降解性、较低的酸度和最小的腐蚀性）和无机酸（强酸、强腐蚀性）。

图4 电池回收方法

突出矛盾

全球范围内电动汽车等移动电气设备的推广和普及使人们对锂离子电池的需求剧增。据估算，从2015年至2040年，由此而产生的废物将高达400万吨。锂电池的回收利用或可解决由于资源分布不均（例如钴和锂）以及与直接填埋而造成的环境问题。但很遗憾的是，目前回收主要紧盯着钴，因为钴在国际市场上价格高昂。但随着正极材料由传统的钴酸锂向高镍、磷酸铁锂转变，其他类型的金属回收也迫在眉睫。 当前回收主体是私营企业，单纯以金属本身价格为导向回收，势必会增加资源的浪费，因此政府应当主动介入，提供包括经济资助、公共教育、立法定准在内的各种手段，理清制造端、使用端和回收端的责任界限。 湿法冶金工艺相比火法回收具有更低的能耗和更高的效率。但电池必须经过预处理，分离各组件。但遗憾的是，不同电池制造商封装标准不同，因此拆解方法也有差异，很难利用自动化拆解的方法处理各类型电池。