中國儲能網(wǎng)訊：發(fā)展電動汽車是減輕大氣污染的重要途徑之一，已經(jīng)上升為國家戰(zhàn)略。電動汽車推廣使用對動力電池有持續(xù)巨大的需求。就全國而言，2013年動力使用量超過2900兆瓦時，2014年動力鋰電池產(chǎn)量為4396兆瓦時，2015年動力電池市場總產(chǎn)量達(dá)到17.0吉瓦時左右。2016年國內(nèi)鋰動力電池市場總產(chǎn)量達(dá)到30.5吉瓦時，同比2015年的17.0吉瓦時大幅度增長79.4%。
根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)有純電動車的運(yùn)行情況，動力電池的壽命為5年左右，這意味著我國動力電池將逐步進(jìn)入大規(guī)模的報廢期，2015年新能源車電池累計報廢量約在2萬~4萬噸，預(yù)計2020年前后，我國僅純電動乘用車和混合動力乘用車的動力電池累計報廢量將會達(dá)到12萬~17萬噸的規(guī)模。
隨著大量儲能及動力鋰電池的退役和報廢，其健康、環(huán)境、安全隱患的累積效應(yīng)成倍放大，不容忽視，用來制造電池的鎳、鈷、鋰等金屬屬于不可再生資源。廢棄電池若不能有效回收處理，不僅對環(huán)境產(chǎn)生巨大污染和危害，也會造成資源浪費(fèi)。
開展廢舊電池回收利用，實(shí)現(xiàn)對儲能及動力電池中金屬材料的資源化回收，實(shí)現(xiàn)電池材料的循環(huán)利用，可從總量上減少電池原材料的開發(fā)和使用，減少生態(tài)環(huán)境的破壞，提高資源利用率。有研究結(jié)果顯示，回收鋰離子電池可節(jié)約51.3%的自然資源，包括減少45.3%的礦石消耗和57.2%的化石能源。某團(tuán)隊研究得出物理法直接回收工藝制備鈷酸鋰所消耗的總能量是正常生產(chǎn)工藝的6%。
根據(jù)測算的廢舊電池年報廢量，電池回收利用每年的市場效益規(guī)模在100億元以上。此外，《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012~2020）》等文件中也提出支持相關(guān)企業(yè)開展電池回收，上海市曾出臺政策：企業(yè)回收動力電池政府將補(bǔ)助1000元/套；深圳則建立動力電池利用和回收體系：每賣一輛車廠商拿出600元、政府拿出300元，用于回收動力電池。政府配套的補(bǔ)貼，使電池回收利用效益更加可觀。以年處理5000噸廢舊三元鋰離子電池及其生產(chǎn)廢料的產(chǎn)能規(guī)模為例，每年可產(chǎn)生4828萬元的利潤。
國內(nèi)外技術(shù)進(jìn)展
國外鋰電池回收處理主要集中于工藝的規(guī)?；?yàn)證及技術(shù)的市場化推廣，采取綜合性的技術(shù)路線。根據(jù)所采取工藝方法的亮點(diǎn)與特色，歸納為如下幾類。
一 火法
美國Inmetco公司利用電弧爐對廢舊鋰離子電池進(jìn)行火法冶煉，回收得到含有鈷、鎳和鐵的鐵基合金。而其他金屬（如鋰）則以爐渣的形式丟棄，有機(jī)材料被燒掉，負(fù)極材料炭被當(dāng)作還原劑使用。
二 綜合回收法
比利時Umicore公司通過特制的熔爐回收鋰離子電池制得氫氧化鈷/氯化鈷，石墨和有機(jī)溶劑則作為燃料放出能量，銅、鋅、錳和鐵則用濕法回收，氯化鈷制備電極材料鈷酸鋰出售。而鋁和鋰則被丟棄，有機(jī)材料和炭則分別被燒掉和當(dāng)作還原劑使用。
英國Ricard-AEA公司回收鋰離子電池技術(shù)路線：通過在低溫下破碎后，分離出鋼材后加入乙腈作為有機(jī)溶劑提取電解液，再以N-甲基吡咯烷酮為溶劑提取粘合劑聚偏氟乙烯，然后對固體進(jìn)行分選，得到銅、鋁和塑料，在氫氧化鋰溶液中電沉積回收溶液中的鈷，產(chǎn)物為氧化鈷。
德國聯(lián)邦教研部資助并聯(lián)合ACCURECRecycling公司和UVR-FIA公司共同開展了一套結(jié)合預(yù)處理、濕法和火法的電池回收工藝。
三 低溫處理法
日本Mitsubishi公司采用液氮將廢舊電池冷凍后拆解，分選出塑料，破碎、磁選、水洗得到鋼鐵，振動分離，經(jīng)分選篩水洗后得到銅箔，剩余的顆粒進(jìn)行燃燒得到鈷酸鋰，排出的氣體用氫氧化鈣吸收得到氟化鈣和磷酸鈣。
美國Toxco公司在-198攝氏度下將電池破碎后加入固體氫氧化鈉，此時金屬鋰轉(zhuǎn)化成氫氧化鋰，再加入碳酸根使氫氧化鋰反應(yīng)生成碳酸鋰。球磨后，粉末在顛選板上洗滌，鈷酸鋰和碳酸鋰等電極材料與塑料分離。此外，Toxco在雀爾的分廠，能處理不同型號、不同化學(xué)性質(zhì)鋰電池，60%的原料得到回收、10%的原料得到二次利用。
四 電池修復(fù)法
美國OnTo公司采 用二氧化碳超臨界流體恢復(fù)鋰離子電池的容量，將電池放在干燥的環(huán)境下，調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)膲毫蜏囟?，液態(tài)的二氧化碳溶解電池中的電解液轉(zhuǎn)移到回收的容器后改變溫度和壓力使二氧化碳?xì)饣?，電解液析出。電解液被循環(huán)的超臨界二氧化碳攜帶出來，注入新的電解液后用環(huán)氧樹脂封口，使電池恢復(fù)充放電能力。
河南電科院研究進(jìn)展
國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院提出了對動力電池開展梯次利用與回收處理的綜合資源化利用思路，涵蓋電池?zé)o害化處置，主要包括以下內(nèi)容。
一、退役電池梯次利用
開發(fā)出無損分選檢測技術(shù)，分選出剩余容量較高的退運(yùn)電池；建立基于核心關(guān)鍵參量的電池健康狀態(tài)評估方法體系，進(jìn)一步篩選出可梯次利用的電池；開發(fā)出主被動協(xié)同響應(yīng)的退役電池均衡技術(shù)，研制出電池管理系統(tǒng)；基于前述均衡技術(shù)及電池管理系統(tǒng)，梯次利用電池經(jīng)重組集成為儲能系統(tǒng)后二次利用，實(shí)現(xiàn)延長電池壽命、降低電池及儲能成本。該技術(shù)已經(jīng)在國網(wǎng)河南省電力公司尖山試驗(yàn)基地風(fēng)光儲混合微電網(wǎng)和國網(wǎng)青海省電力公司風(fēng)光水儲試驗(yàn)基地中實(shí)現(xiàn)示范應(yīng)用，梯次利用儲能系統(tǒng)規(guī)模分別為100千瓦/150千瓦時、250千瓦/150千瓦時。
二、廢舊電池回收處理
針對廢舊動力電池，探索了工藝簡單、低成本、低能耗的電池預(yù)處理方法及材料回收技術(shù)。首先，利用過熱蒸汽高溫?zé)峤鈴U舊鋰電池，實(shí)現(xiàn)廢舊鋰電池中電解液的集中收集；其次，采用物理法實(shí)現(xiàn)廢舊鋰電池中各組分的分離收集，主要利用機(jī)械破碎、真空分離、振動篩分、比重分離、氣流分離等簡單手段，實(shí)現(xiàn)廢舊鋰電池中電極材料、集流體金屬、塑料隔膜、電池外殼的分離收集，分離收集過程不引入任何化學(xué)試劑，整個過程全部實(shí)現(xiàn)自動化，同時對粉塵等進(jìn)行收集處理；最后，通過化學(xué)法，對正極材料中鋰或其他金屬組分提取回收，并制備成電池材料前驅(qū)體，實(shí)現(xiàn)資源化利用。該回收處理方法具有回收效率高、綠色低碳、環(huán)保節(jié)能、便于產(chǎn)業(yè)化等特點(diǎn)。
作者：趙光金（國家電網(wǎng)公司電網(wǎng)廢棄物資源化處理技術(shù)實(shí)驗(yàn)室副主任）
