中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：10月12-13日，第五屆儲(chǔ)能技術(shù)在分布式能源與微電網(wǎng)中應(yīng)用高層研討會(huì)在深圳順利召開，來自行業(yè)協(xié)會(huì)、科研院所、知名企業(yè)的代表超過300名嘉賓到場(chǎng)參會(huì)。會(huì)議由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)、全國(guó)微電網(wǎng)與分布式電源并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)聯(lián)合主辦。中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)、中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)承辦。中南大學(xué)教授李薦，在會(huì)上就動(dòng)力儲(chǔ)能電池梯次利用與回收做了精彩演講。
演講全文如下：
下面由我來給大家介紹在退役的動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電池的回收和梯級(jí)利用方面的情況。
首先簡(jiǎn)單做一個(gè)自我介紹，我是中南大學(xué)的老師，有自己30人的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，主要是做和新能源以及新能源相關(guān)的材料這方面的研究和產(chǎn)業(yè)化，做這方面的工作。最近幾年很大的一塊力量是做電池的回收，而且是特指鋰離子動(dòng)力電池，下面我把這方面的情況給大家做一個(gè)匯報(bào)。
新能源電動(dòng)汽車2016年的量是50.7萬輛，這幾年的增長(zhǎng)約為300-400%，這是國(guó)家宏觀經(jīng)濟(jì)實(shí)體經(jīng)濟(jì)里面，有很快增長(zhǎng)率的行業(yè)。下面是國(guó)家的幾個(gè)宏觀的規(guī)劃，2020年想做到500萬輛，500萬輛和50.7萬輛，保有量占比達(dá)到7-10%，至少還有百分之好幾百的增長(zhǎng)。2025年做2000萬輛，2030年做到8000萬輛，保有量雖然是累計(jì)，但是累計(jì)前面還有淘汰，特別是越往前的電動(dòng)車淘汰速度越快。這說明國(guó)家對(duì)電動(dòng)汽車或者新能源大的導(dǎo)向是不會(huì)變的。另外前段時(shí)間國(guó)家的領(lǐng)導(dǎo)也提到中國(guó)正在制定全面禁止燃油車銷售的時(shí)間表。從世界情況來看，像挪威國(guó)家規(guī)定2025年全面禁止燃油車的銷售。我記得德國(guó)的數(shù)據(jù)是2040年，歐盟很多的國(guó)家都制定了燃油車的全面禁止銷售的時(shí)間表。這說明這是世界范圍的趨勢(shì)，是新能源行業(yè)的大前提。
我的報(bào)告和電池回收相關(guān)，我這里把和退役電池相關(guān)的若干數(shù)據(jù)給大家進(jìn)行介紹，去年曾經(jīng)發(fā)表過一個(gè)數(shù)據(jù)，2020年大概會(huì)有17萬噸，那時(shí)候是幾年前的數(shù)據(jù)，后面根據(jù)情況自己已經(jīng)調(diào)整到32.2萬噸，這是官方數(shù)據(jù)。可能我們行業(yè)很多同仁還不止，因?yàn)橛行┲行〉漠a(chǎn)能是沒有進(jìn)入國(guó)家宏觀的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)里面，這個(gè)數(shù)據(jù)至少有50萬噸，我想這是非常有道理的。即使按照官方數(shù)據(jù)，市場(chǎng)規(guī)模2018年可以達(dá)到50億回收，是按里面的資源來算的。2023年達(dá)到300多億的市場(chǎng)，同時(shí)到2020年是16.05萬噸，是當(dāng)年的量，累計(jì)量是32萬噸，是這樣的數(shù)據(jù)?？傊?，從這些數(shù)據(jù)來看我們動(dòng)力電池后續(xù)的報(bào)廢量會(huì)越來越多，動(dòng)不動(dòng)就是多少萬噸。這是宏觀的數(shù)據(jù)，這里很多同仁是搞儲(chǔ)能的，不管是儲(chǔ)能還是電動(dòng)汽車，不管電池是先用于電動(dòng)汽車還是用于儲(chǔ)能，都是要退下來，這是確定的
也有人關(guān)心動(dòng)力電池是不是可以不回收，很早之前大家在宣揚(yáng)鋰離子電池是綠色環(huán)保的，但是所謂的綠色環(huán)保是跟鉛酸電池的鉛的污染相比，并不是鋰離子電池就一點(diǎn)污染沒有，可以丟到自然界任由其自然的降解。我們細(xì)節(jié)來看，我們總結(jié)幾方面來說動(dòng)力電池必須要回收的必要性，安全問題大家都知道，污染問題，到目前為止，我們的動(dòng)力電池或者鋰離子電池都是用的電解也，固態(tài)電池也是很重要的趨勢(shì)，起碼現(xiàn)在還沒有形成產(chǎn)業(yè)上的規(guī)模。電解也中有六氟磷酸鋰，后面的括號(hào)是要求環(huán)保達(dá)標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值。大家可以看到磷是0.5mg/L，還有鎳、鈷也是0.5mg/L。在這里面大家要有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，目前為止，鋰離子電池還沒有作為危廢，很多同仁問我，搞電池回收有沒有資質(zhì)？所謂的資質(zhì)是危險(xiǎn)廢棄物資質(zhì)，可以告訴大家，目前不需要危廢資質(zhì)，只要回收企業(yè)有正常的環(huán)評(píng)、安評(píng)就可以從事鋰離子電池的回收。我們和國(guó)家環(huán)保部專門核對(duì)過，國(guó)家目前現(xiàn)行的危險(xiǎn)廢棄物名目里面沒有鋰離子電池這樣的危廢的單子。
我覺得非常值得同仁思考的問題是資源問題，前面也有同行、專家提到，三元電池、磷酸鐵鋰電池、鈦酸鋰電池等不同的種類，不同的電池所用的材料經(jīng)過對(duì)應(yīng)的不同資源是不一樣的。我這里有幾個(gè)數(shù)據(jù)給大家看一下，全球的鈷，雖然現(xiàn)在鈷、鎳的比例下降，但是電池用量增加，所以鈷的用量還是增加。我們國(guó)家的鈷95%是進(jìn)口的，可以說和沒有是一樣的，石油的依存度到70%，就上升到國(guó)家能源安全問題、資源安全問題，所以95%肯定應(yīng)該是更加緊張才對(duì)，大家也看到了2016年底的時(shí)候國(guó)家放開電動(dòng)汽車用三元的消息，鈷的價(jià)格就由2016年10月份18萬左右一噸漲到2016年底或者2017年初1月漲到40萬一噸，歷史上鈷的價(jià)格到90萬一噸，大家值得期待、值得防范、值得準(zhǔn)備，鈷是不是也可以引起大家的關(guān)注？95%進(jìn)口，電池行業(yè)已經(jīng)干掉69%。其實(shí)這個(gè)數(shù)據(jù)還是2015年的數(shù)據(jù)，2016年、2017年還是在增長(zhǎng)，鋰漲得很邪乎。2014年之前大概50元一斤，2014年以后、2015年最高漲到200一公斤，現(xiàn)在基本上穩(wěn)定在160，翻了4-5倍。鋰的資源從全球來說并不是太少。這些情況決定了必須要回收，鈷資源現(xiàn)在占不到2%，后面要占10%、50%的時(shí)候，資源遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，翻幾倍，現(xiàn)在69%、70%，怎么可能翻幾倍？沒有可能翻，所以一定要回收的。這是回收的必要性。
這是我們自己認(rèn)為的三元和磷酸鐵鋰的趨勢(shì)，到底誰(shuí)是最后的勝出者。性能大家都知道，各自有各自的特點(diǎn)。鐵鋰，比亞迪也可以說磷酸鐵鋰電池，不用叫鐵電池。我們認(rèn)為從長(zhǎng)期來說，我們認(rèn)為三元和鐵鋰是長(zhǎng)期并存的關(guān)系，這是追求永恒的話題，隨著汽車充電設(shè)施的逐步完善，大家的里程焦慮沒有那么嚴(yán)重?，F(xiàn)在不擔(dān)心沒有地方加油，但是80年代以前跑長(zhǎng)途開大巴、大貨車的車，車上裝兩個(gè)大油桶，因?yàn)槟菚r(shí)候里程焦慮，沒有地方加油，不方便，現(xiàn)在沒有人裝油桶了。以后充電方便，里程焦慮就沒有嚴(yán)重。所以我們認(rèn)為磷酸鐵鋰和三元可能是長(zhǎng)期并存。是這樣的想法。
梯級(jí)利用回收技術(shù)的介紹，梯級(jí)利用有些同仁比我們做的更好、更遠(yuǎn)。這是我們做梯級(jí)利用的流程圖，很多同仁關(guān)注到梯級(jí)利用難的不是技術(shù)，在于成本能不能控制到位，用舊的電池包把電池掏出來又切又割，再檢測(cè)分組，再重新配置，成本是不低的，這可能是最核心的地方。從技術(shù)來說，幾乎任何電池廠和任何PACK廠都可以搞定，反而成本能不能做到，這是非常重要的問題。國(guó)家要規(guī)范化，電池的尺寸有些指導(dǎo)性的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范了比較少數(shù)的規(guī)格型號(hào)，通用性比較好。電池包里面的模塊化，梯級(jí)利用，利用到模塊化，結(jié)合BMS數(shù)據(jù)的導(dǎo)出，就省得檢測(cè)了。我認(rèn)為那才是將來真正梯級(jí)利用能夠賺錢的前提。這是我們做的低速車上的電池，我們的電池比鉛酸高一點(diǎn)，所以放在后坐這個(gè)地方進(jìn)行測(cè)試。我們對(duì)比的數(shù)據(jù)，可以說原來180公斤，剩下85公斤，原來的里程84公里，現(xiàn)在可以做到96，還有充電時(shí)間也有減少，使用壽命明顯延長(zhǎng)，鉛酸電池深充深放對(duì)鉛酸電池的壽命還是有比較大的影響。梯級(jí)利用在低速車行業(yè)的應(yīng)用應(yīng)該是沒有太大的障礙，因?yàn)槟愫豌U酸電池去比性能，不是和新的鋰電比，如果做梯級(jí)利用可以關(guān)注這個(gè)市場(chǎng)。我們剛才說了，2016年我們國(guó)家補(bǔ)貼的正規(guī)電動(dòng)汽車50.7萬輛，低速車沒有政府補(bǔ)貼情況下都賣了上百萬量，那是真正存在的市場(chǎng)，可以去關(guān)注。
梯級(jí)利用在儲(chǔ)能領(lǐng)域也是非常值得關(guān)注的，特別是像中國(guó)鐵塔領(lǐng)域。中國(guó)鐵塔每年用大概200億人民幣的鉛酸電池用于各種鐵塔、儲(chǔ)能，每個(gè)鐵塔里面大概50度電。他們現(xiàn)在正在籌劃要大面積換成梯級(jí)利用，因?yàn)樾码姵剡€是貴一些，因?yàn)殂U酸電池比價(jià)格還是比不過，雖然新的電池在下降，梯級(jí)利用可以比過它的價(jià)格。這是動(dòng)力電池的材料構(gòu)成，我們不展開講，主要是正負(fù)極和電解液。
這里有幾個(gè)片子是說明國(guó)外做動(dòng)力電池回收的工藝，發(fā)展到現(xiàn)在，可以說也出現(xiàn)了幾種工藝，動(dòng)力電池回收的。一種是以美國(guó)Toxco公司為代表的，它的公司比較有意思，在電池粉碎階段有一個(gè)冷凍，叫液氮冷凍粉碎，這個(gè)技術(shù)我們也可以搞定，其他行業(yè)也有干冷凍的。在這么低溫下，零下100度，我們都說電池的低溫性能怎么、怎么樣，零下30、40度幾乎沒有電，前面銀隆說可以做到零下50度，零下100度肯定沒電，沒有電就沒有安全問題，你想怎么拆就怎么拆，想怎么砸、怎么砸，想怎么粉碎、怎么粉碎。寧夏這么低的溫度下，它的安全問題沒有障礙。第二個(gè)是這么低的溫度下，很多塑料或者有機(jī)的東西都凍得很脆，粉碎分離效果很好。溫度再升到室溫，再走濕法冶金，把電池里面有用的成分再弄出來，再進(jìn)行沉淀、分離、萃取進(jìn)行分開，這套工藝我們稱之為濕法冶金，用酸堿或者萃取，我們統(tǒng)一稱為濕法冶金，意思是說有水，對(duì)應(yīng)的有活法冶金。這個(gè)工藝有低溫冷凍，液氮的制冷需要能耗，設(shè)備也比較復(fù)雜。同時(shí)處理到的金屬氧化物還需要進(jìn)一步處理才能提純，這是當(dāng)時(shí)美國(guó)一家公司的工藝。
美國(guó)另外一家公司的工藝，也包括優(yōu)美科同時(shí)回收的工藝，也是相近的，我們稱為火法冶金工藝。關(guān)鍵的是電弧爐中高溫處理，有一千好幾百度的高溫處理，低溫下，電池一燒味道臭或者大量黑煙，其實(shí)一千好幾百度這些氣味都沒有，都變成二氧化碳了。這是高溫熔煉，我們稱之為火法冶金。它最大的好處是胃口好，什么電池都可以丟進(jìn)去，不管是三元還是其他都可以丟進(jìn)去，這是它很大的優(yōu)勢(shì)，成本很低。這個(gè)低當(dāng)然是說這一步，很短時(shí)間內(nèi)消除電池的危害是它的優(yōu)勢(shì)。它的劣勢(shì)是后面不能直接回收到有用的東西，比如熔煉成合金，鐵鎳合金或者鈷鎳合金，所有能燒掉的東西，石墨、電解液、隔離膜、有機(jī)材料都被燒掉了，有大量的碳排放，我們不說碳排放多么不好，這是它的問題。同時(shí)還有銅和鋁變成氧化物，這個(gè)工藝的經(jīng)濟(jì)性并不是很好，如果用它處理磷酸鐵鋰材料，經(jīng)濟(jì)效益比較低，但是國(guó)外有政府補(bǔ)貼。
這是國(guó)內(nèi)比較典型的全濕法冶金工藝，目前成型的工廠幾乎都是類似這個(gè)工藝，大同小異?？赡芗?xì)節(jié)有點(diǎn)不同，但是大的差不多。前面怎么分類、分選，有一個(gè)取出，是用酸取出，把它溶解掉以后，后面再提純分離，特別是對(duì)于鈷鎳是要用溶液萃取，對(duì)鈷鎳是非常有效的，是脫離其他雜質(zhì)非常有效的方式。這個(gè)工藝的問題是處理三元材料有錢可賺，處理鐵鋰，但是沒有鈷和鎳，用這個(gè)工藝做經(jīng)濟(jì)性不好，正規(guī)企業(yè)收鐵鋰電池需要大家給錢的原因就是這個(gè)。
電解液的回收是電池里面回收的難點(diǎn)，很難回收，大家知道電解液不像硫酸那樣可以倒出來，它倒不出來，現(xiàn)在有真空熱解法和有機(jī)溶劑萃取、超臨界二氧化碳萃取法，我們用的方法不一樣。
下面的工藝和前面的工藝不一樣，我稱之為物理法，中間沒有用化學(xué)法，前面的利用沒有體現(xiàn)。在電池里面我們從電池包里拆出來以后，當(dāng)然有些還是要放電，放到合適的電壓以后，這里有精準(zhǔn)的拆解，拆成正負(fù)極、隔膜，還有外殼，都能把它拆出來。還是不容易，但是通過比較合理的機(jī)械的設(shè)計(jì)可以做到，我們現(xiàn)在已經(jīng)做到這樣的程度。最后通過分解得到鋁粉和正極材料粉，負(fù)極是負(fù)極材料粉和銅粉，還有廢舊塑料粉，殼已經(jīng)去掉。如果走濕法冶金就可以把正極粉用酸溶解掉。而石墨粉，這個(gè)行業(yè)以前多數(shù)是作為廢舊石墨處理掉，但是艾總現(xiàn)在在琢磨把它負(fù)極重新修復(fù)成電池上用的負(fù)極，我們也是走這樣的工藝，正極材料、負(fù)極材料不經(jīng)過濕法冶金，而是直接通過高溫的處理，把它重新合成回電池上用的材料。這是和濕法冶金最大的區(qū)別，不是溶解掉提純成分門別類的東西再合成，這是最大的不同點(diǎn)。這里面有很多細(xì)節(jié)，拿正極來說，有成分分期，根據(jù)成分的變化補(bǔ)充一些成分，再重新的通過高溫?zé)Y(jié)變成正極材料，我們這個(gè)工藝是這樣的流程。
這是我們中南大學(xué)的一個(gè)線。這是現(xiàn)場(chǎng)回收的一些材料，鋁粉、銅粉、電解液、磷酸鐵鋰粉，還沒有修復(fù)，修復(fù)的就是電池上用的磷酸鐵鋰粉，還有石墨粉，最后都是變回電池行業(yè)用的材料。很多人很擔(dān)心，廢電池里回收的材料純度和電性能能不能滿足電池上的應(yīng)用，這是非常實(shí)際的問題。你說你修復(fù)了，到底有沒有修好？大家非常關(guān)心。我們也非常關(guān)心，在我們實(shí)驗(yàn)室有一條電池的中試線，我們也有電池的產(chǎn)業(yè)化企業(yè)，我們很詳細(xì)的研究對(duì)比了修復(fù)的材料和買來的正規(guī)材料的區(qū)別，張家港是我們下屬的二級(jí)公司，報(bào)告在他那兒測(cè)的。掃描電鏡，可以說看不出來區(qū)別，力度也沒有區(qū)別。甚至我們通過修復(fù)過程的控制，可以把磷酸鐵鋰顆粒長(zhǎng)成很漂亮的球形，它的壓實(shí)密度有所提升，這是這樣的微觀形貌。修復(fù)的材料和買來的材料對(duì)比看不出來什么區(qū)別，這都是一些檢測(cè)。更加重要的是做成電池以后的性能，我們把它做成電池是做成18650，這是比較標(biāo)準(zhǔn)的磷酸鐵鋰的充放電曲線，看不出來有什么不同。這是低溫的放電曲線，也沒有什么不同，而且低溫性能還可以，零下20度，和原來的材料性能有關(guān)系，當(dāng)然和制作電池的性能也有關(guān)系。因?yàn)榈蜏匦阅懿粌H僅是正極的事，這是我們測(cè)的玄幻的情況，目前其實(shí)已經(jīng)做到700、800次，基本上磷酸鐵鋰也是這樣子，沒有明顯的衰減。倍率的情況還是不錯(cuò)的，放電倍率大概到7倍衰減不大。
總之我們的技術(shù)是這么幾個(gè)特點(diǎn)，物理法沒有什么污染，不像濕法冶金、酸堿和有機(jī)溶劑萃取，這些都是環(huán)評(píng)很難通過的。隔膜、電解液等都可以回收?？梢蕴幚砹姿徼F鋰，也可以處理三元，對(duì)磷酸鐵鋰有比較好的經(jīng)濟(jì)性，對(duì)比純濕法冶金更好。我們根據(jù)結(jié)果做了簡(jiǎn)要的經(jīng)濟(jì)核算，基本上都是按磷酸鐵鋰來做的，它的利潤(rùn)率還可以，目前我們正在天津建4000噸的示范工廠，今年年底設(shè)備能基本就位，明年2月份能投產(chǎn)，到時(shí)候歡迎同仁去參觀指導(dǎo)。
謝謝大家！
（本文根據(jù)第五屆儲(chǔ)能技術(shù)高層研討會(huì)會(huì)議錄音整理，未經(jīng)本人審核，不足之處，請(qǐng)批評(píng)指正。）
