中國儲能網(wǎng)訊：10月12-13日，第五屆儲能技術在分布式能源與微電網(wǎng)中應用高層研討會在深圳順利召開，來自行業(yè)協(xié)會、科研院所、知名企業(yè)的代表超過300名嘉賓到場參會。會議由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會、全國微電網(wǎng)與分布式電源并網(wǎng)標準化技術委員會聯(lián)合主辦。中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應用分會、中國儲能網(wǎng)承辦。中南大學教授李薦，在會上就動力儲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力電池和儲能電池的回收和梯級利用方面的情況。
首先簡單做一個自我介紹，我是中南大學的老師，有自己30人的研發(fā)團隊，主要是做和新能源以及新能源相關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力電池，下面我把這方面的情況給大家做一個匯報。
新能源電動汽車2016年的量是50.7萬輛，這幾年的增長約為300-400%，這是國家宏觀經(jīng)濟實體經(jīng)濟里面，有很快增長率的行業(yè)。下面是國家的幾個宏觀的規(guī)劃，2020年想做到500萬輛，500萬輛和50.7萬輛，保有量占比達到7-10%，至少還有百分之好幾百的增長。2025年做2000萬輛，2030年做到8000萬輛，保有量雖然是累計，但是累計前面還有淘汰，特別是越往前的電動車淘汰速度越快。這說明國家對電動汽車或者新能源大的導向是不會變的。另外前段時間國家的領導也提到中國正在制定全面禁止燃油車銷售的時間表。從世界情況來看，像挪威國家規(guī)定2025年全面禁止燃油車的銷售。我記得德國的數(shù)據(jù)是2040年，歐盟很多的國家都制定了燃油車的全面禁止銷售的時間表。這說明這是世界范圍的趨勢，是新能源行業(yè)的大前提。
我的報告和電池回收相關，我這里把和退役電池相關的若干數(shù)據(jù)給大家進行介紹，去年曾經(jīng)發(fā)表過一個數(shù)據(jù)，2020年大概會有17萬噸，那時候是幾年前的數(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，因為有些中小的產(chǎn)能是沒有進入國家宏觀的統(tǒng)計數(shù)據(jù)里面，這個數(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)，市場規(guī)模2018年可以達到50億回收，是按里面的資源來算的。2023年達到300多億的市場，同時到2020年是16.05萬噸，是當年的量，累計量是32萬噸，是這樣的數(shù)據(jù)。總之，從這些數(shù)據(jù)來看我們動力電池后續(xù)的報廢量會越來越多，動不動就是多少萬噸。這是宏觀的數(shù)據(jù)，這里很多同仁是搞儲能的，不管是儲能還是電動汽車，不管電池是先用于電動汽車還是用于儲能，都是要退下來，這是確定的
也有人關心動力電池是不是可以不回收，很早之前大家在宣揚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污染沒有，可以丟到自然界任由其自然的降解。我們細節(jié)來看，我們總結幾方面來說動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，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，后面的括號是要求環(huán)保達標的標準值。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)一的認識，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、安評就可以從事鋰離子電池的回收。我們和國家環(huán)保部專門核對過，國家目前現(xiàn)行的危險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)過對應的不同資源是不一樣的。我這里有幾個數(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。我們國家的鈷95%是進口的，可以說和沒有是一樣的，石油的依存度到70%，就上升到國家能源安全問題、資源安全問題，所以95%肯定應該是更加緊張才對，大家也看到了2016年底的時候國家放開電動汽車用三元的消息，鈷的價格就由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，歷史上鈷的價格到90萬一噸，大家值得期待、值得防范、值得準備，鈷是不是也可以引起大家的關注？95%進口，電池行業(yè)已經(jīng)干掉69%。其實這個數(shù)據(jù)還是2015年的數(shù)據(jù)，2016年、2017年還是在增長，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%的時候，資源遠遠不夠，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。
這是我們自己認為的三元和磷酸鐵鋰的趨勢，到底誰是最后的勝出者。性能大家都知道，各自有各自的特點。鐵鋰，比亞迪也可以說磷酸鐵鋰電池，不用叫鐵電池。我們認為從長期來說，我們認為三元和鐵鋰是長期并存的關系，這是追求永恒的話題，隨著汽車充電設施的逐步完善，大家的里程焦慮沒有那么嚴重?，F(xiàn)在不擔心沒有地方加油，但是80年代以前跑長途開大巴、大貨車的車，車上裝兩個大油桶，因為那時候里程焦慮，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，里程焦慮就沒有嚴重。所以我們認為磷酸鐵鋰和三元可能是長期并存。是這樣的想法。
梯級利用回收技術的介紹，梯級利用有些同仁比我們做的更好、更遠。這是我們做梯級利用的流程圖，很多同仁關注到梯級利用難的不是技術，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。國家要規(guī)范化，電池的尺寸有些指導性的標準，規(guī)范了比較少數(shù)的規(guī)格型號，通用性比較好。電池包里面的模塊化，梯級利用，利用到模塊化，結合BMS數(shù)據(jù)的導出，就省得檢測了。我認為那才是將來真正梯級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，所以放在后坐這個地方進行測試。我們對比的數(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，還有充電時間也有減少，使用壽命明顯延長，鉛酸電池深充深放對鉛酸電池的壽命還是有比較大的影響。梯級利用在低速車行業(yè)的應用應該是沒有太大的障礙，因為你和鉛酸電池去比性能，不是和新的鋰電比，如果做梯級利用可以關注這個市場。我們剛才說了，2016年我們國家補貼的正規(guī)電動汽車50.7萬輛，低速車沒有政府補貼情況下都賣了上百萬量，那是真正存在的市場，可以去關注。
梯級利用在儲能領域也是非常值得關注的，特別是像中國鐵塔領域。中國鐵塔每年用大概200億人民幣的鉛酸電池用于各種鐵塔、儲能，每個鐵塔里面大概50度電。他們現(xiàn)在正在籌劃要大面積換成梯級利用，因為新電池還是貴一些，因為鉛酸電池比價格還是比不過，雖然新的電池在下降，梯級利用可以比過它的價格。這是動力電池的材料構成，我們不展開講，主要是正負極和電解液。
這里有幾個片子是說明國外做動力電池回收的工藝，發(fā)展到現(xiàn)在，可以說也出現(xiàn)了幾種工藝，動力電池回收的。一種是以美國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冷凍，叫液氮冷凍粉碎，這個技術我們也可以搞定，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。第二個是這么低的溫度下，很多塑料或者有機的東西都凍得很脆，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，再進行沉淀、分離、萃取進行分開，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，對應的有活法冶金。這個工藝有低溫冷凍，液氮的制冷需要能耗，設備也比較復雜。同時處理到的金屬氧化物還需要進一步處理才能提純，這是當時美國一家公司的工藝。
美國另外一家公司的工藝，也包括優(yōu)美科同時回收的工藝，也是相近的，我們稱為火法冶金工藝。關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去，不管是三元還是其他都可以丟進去，這是它很大的優(yōu)勢，成本很低。這個低當然是說這一步，很短時間內(nèi)消除電池的危害是它的優(yōu)勢。它的劣勢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。同時還有銅和鋁變成氧化物，這個工藝的經(jīng)濟性并不是很好，如果用它處理磷酸鐵鋰材料，經(jīng)濟效益比較低，但是國外有政府補貼。
這是國內(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工藝，大同小異。可能細節(jié)有點不同，但是大的差不多。前面怎么分類、分選，有一個取出，是用酸取出，把它溶解掉以后，后面再提純分離，特別是對于鈷鎳是要用溶液萃取，對鈷鎳是非常有效的，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，用這個工藝做經(jīng)濟性不好，正規(guī)企業(yè)收鐵鋰電池需要大家給錢的原因就是這個。
電解液的回收是電池里面回收的難點，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，當然有些還是要放電，放到合適的電壓以后，這里有精準的拆解，拆成正負極、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械的設計可以做到，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，負極是負極材料粉和銅粉，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)在在琢磨把它負極重新修復成電池上用的負極，我們也是走這樣的工藝，正極材料、負極材料不經(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。這里面有很多細節(jié)，拿正極來說，有成分分期，根據(jù)成分的變化補充一些成分，再重新的通過高溫燒結變成正極材料，我們這個工藝是這樣的流程。
這是我們中南大學的一個線。這是現(xiàn)場回收的一些材料，鋁粉、銅粉、電解液、磷酸鐵鋰粉，還沒有修復，修復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用，這是非常實際的問題。你說你修復了，到底有沒有修好？大家非常關心。我們也非常關心，在我們實驗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)，我們很詳細的研究對比了修復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公司，報告在他那兒測的。掃描電鏡，可以說看不出來區(qū)別，力度也沒有區(qū)別。甚至我們通過修復過程的控制，可以把磷酸鐵鋰顆粒長成很漂亮的球形，它的壓實密度有所提升，這是這樣的微觀形貌。修復的材料和買來的材料對比看不出來什么區(qū)別，這都是一些檢測。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，這是比較標準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系，當然和制作電池的性能也有關系。因為低溫性能不僅僅是正極的事，這是我們測的玄幻的情況，目前其實已經(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的，放電倍率大概到7倍衰減不大。
總之我們的技術是這么幾個特點，物理法沒有什么污染，不像濕法冶金、酸堿和有機溶劑萃取，這些都是環(huán)評很難通過的。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，對磷酸鐵鋰有比較好的經(jīng)濟性，對比純濕法冶金更好。我們根據(jù)結果做了簡要的經(jīng)濟核算，基本上都是按磷酸鐵鋰來做的，它的利潤率還可以，目前我們正在天津建4000噸的示范工廠，今年年底設備能基本就位，明年2月份能投產(chǎn)，到時候歡迎同仁去參觀指導。
謝謝大家！
（本文根據(jù)第五屆儲能技術高層研討會會議錄音整理，未經(jīng)本人審核，不足之處，請批評指正。）
