锂电池废料拆解及梯次利用

时间：2020-04-15 作者：91再生 来源：91再生网

　　一、 前言

 

　　我国已经成为全球最大新能源汽车市场，2014年电动汽车销售量为7万辆，2015年30万辆，2016年达到50万辆。随着电动汽车关键部件电池使用寿命逐渐到期，动力电池报废量也越来越大。预计到2020年我国车用动力电池需求lk量将达125GWh，报废量将达32GWh，报废电池折算为质量将达到约50万t；到2030年，车用动力电池报废量将达101GWh，报废动力电池量约116万t。

 

　　目前锂电池废料回收主要有2种方式，一是梯次利用：针对电池容量下降到原来70%～80%无法在电动汽车上继续使用的电池，进行梯次利用，可继续在其他领域如电力储能、低速电动车、五金工具等作为电源继续使用一定时间；二是拆解回收：主要针对电池容量下降到50%以下，该类电池无法继续使用，只能将电池进行拆解并资源化回收利用。

 

　　目前动力电池的回收利用以小型的环保企业为主，并形成梯次利用的市场，以18650为例，回收到企业的成本约0.1元/个，把电池包拆解，得到单体电池，经过测试后，可售出作为五金工具的电源，批发的价格可以达到1～1.5元/个，因此具有经济效益。但这些小公司工艺设备落后，回收利用过程很难达到环保要求。而专业回收公司如深圳格林美高新技术股份有限公司、广东邦普循环科技有限公司、浙江超威动力能源有限公司和广东芳源环保股份有限公司等具有先进技术设备及一定技术开发，但目前还只能对特有电池品种（如三元材料电池）进行回收利用。由于动力锂电池品种多，在拆解过程缺乏自动化拆解技术，进行环保回收利用需要增加企业成本，因此回收利用过程很难获得经济效益，需要政府系统的支持和政策激励。

 

　　整体上看，由于电动汽车发展时间不长，动力电池废料在近几年才大量进入市场。我国动力电池的回收利用还处于初始阶段，针对不同类型的动力锂离子电池无论在拆解、梯次利用及资源综合利用方面缺乏成熟的技术。因此在废旧动力锂电池回收利用方面必须进行技术开发及创新，才能保证我国电动汽车的健康及可持续的发展。

 

　　二、废旧锂电池的梯次利用

 

　　随着2016年底我国废旧锂离子电池的大批量的出现，实际上在国内很快形成了梯次利用市场，2017年初开始一些小型企业将动力电池包拆解得到电池单体进行批发，作为移动光源如手电筒、五金工具及低速电动车的电源使用。2017年开始至少有10家以上的小型企业进行该经营活动。早期确定的废旧动力电池梯次利用方向，作为储能系统实现废旧动力电池梯次利用，还没有得到实质性的推广。

 

　　1.国内梯次利用进展

 

　　早期我国废旧动力电池的梯次利用以储能系统作为主要发展战略，中国电科院、国网北京市电力公司、北京交通大学、北京工业大学、北京普莱德新能源电池科技有限公司等单位相继进行了动力电池梯次利用示范工程。国内几个典型的动力电池梯次利用示范工程见表1。但这些示范工程以后，多数没有进行商业性运营。

 

　　2.国外梯次利用进展

 

　　国外的梯次利用主要也以储能为主，日产汽车和住友集团合资的4R Energy公司，将日产leaf气车的二手电池用于家庭和商业储能设备；夏普公司开发了智能功率调节器，以使车载动力电池可以用于家庭电源管理；同时美国 Ener Del 公司和日本伊藤忠商社合作，在新建公寓中推广梯次利用电池。美国Tesla Energy、通用公司及ABB集团，德国BOSCH、BMW等公司也开展了梯次利用的实践。

 

　　3.梯次利用市场

 

　　我国自2011年以来，动力锂电池的市场规模也越来越大，2009-2016年我国累计生产新能源车达到近100万辆，实际上2016年底我国新能源汽车动力电池累计报废量约为2万～4万t，据估算2018年我国电池报废量将17.5万t，废旧动力锂电池回收价值将50亿元以上，2020年回收市场价值将达到100亿元人民币。

 

　　同时移动光源、五金工具及低速电动车的电源方面对于退役锂离子电池有着巨大的市场需求，估计在近几年废旧锂离子电池的梯次利用在这些领域有着巨大的市场前景。

 

　　4.废旧锂电池的拆解

 

　　锂电池的使用具有一定的生命周期，使用一定时间需要报废，即使进行梯次利用，最终也要报废。锂电池由壳体，正极（铝基片），负极（石墨与铜基片），电解液，隔膜等组成。如不进行拆解及分选，无法回收废旧电池中的有价材料及成分，即使进行分离，也无经济意义。因此回收企业应着力开展废旧锂电池的拆解的技术开发。

 

　　对于大容量三元材料电池处于安全考虑，还没有进行规模化拆解回收实践，而对于电池单体容量小、质量轻和体积小的电池进行大规模回收处理（如常规的18650锂离子电池）。目前已经有成熟的拆解技术，主要采用破碎分选的方法进行拆解，其工艺流程依次为放电、高温热解、机械破碎、粒径分选、密度分选等见图1。

 

　　关于破碎分选工艺，河南一些小型机加工厂开发了500kg/h～1t/h的拆解系统（图2），废旧锂电池有价组分回收利用率达90%以上，正对形状的废旧锂电池提出了不同的拆解分选流程。2017年4月报道中航锂电(洛阳)有限公司建立了全自动化锂动力电池拆解回收示范线。该示范线可对锂动力电池中铜铝金属回收率高达98%，正极材料回收率超过90%。这项技术处于国际领先水平，并获得2016年河南省重大专项600万元专项资金支持。

 

　　磷酸铁锂（LiFePO4）动力电池安全性好，但规格不一、形状各异，可以进行规模化拆解。一些小规模的回收厂家主要先拆分电芯得到正、负极片，再破碎分选，回收铜、铝及电池材料，工艺流程见图3。

 

　　随着LiFePO4电池的大规模使用及逐渐退役，规模化及全自动化拆解LiFePO4动力电池仍存在4大难题：自动化拆壳技术、 自动化拆片技术、LiFePO4材料再生利用技术和电池拆解过程中的环境安全控制。需要进行全自动拆解设备的技术开发。

 

　　近几年我国新能源汽车得到了快速发展，与此同时产生废旧电池也在快速增长，对废旧锂电池进行回收再利用，不但是环境保护的要求，同时也有利于资源循环利用。国内外在动力电池的梯次利用方面已经进行了有益的工作，但在锂电拆解及循环再制造技术的研究方面还处于初级阶段，需要进行技术开发及技术创新。