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1、作者:朱國才何向明來源:新材料產(chǎn)業(yè)2017年第9期一、前言我國已經(jīng)成為全球最大新能源汽車市場,2014年電動汽車銷售量為7萬輛,2015年30萬輛,2016年達(dá)到50萬輛。隨著電動汽車關(guān)鍵部件電池使用壽命逐漸到期,動力電池報廢量也越來越大。預(yù)計到2020年我國車用動力電池需求量將達(dá)125GWh,報廢量將達(dá)32GWh,報廢電池折算為質(zhì)量將達(dá)到約50萬t;到2030年,車用動力電池報廢量將達(dá)lOlGWh,報廢動力電池量約116萬to目前廢舊動力鋰離子電池回收主要有2種方式,一是梯次利用:針對電池容量下降到原來70%80%無法在電動汽車上繼續(xù)使用的電池,進(jìn)行梯次利用,可繼續(xù)在其他領(lǐng)域如電力儲能、低速
2、電動車、五金工具等作為電源繼續(xù)使用一定時間;二是拆解回收:主要針對電池容量下降到50%以下,該類電池?zé)o法繼續(xù)使用,只能將電池進(jìn)行拆解并資源化回收利用。目前動力電池的回收利用以小型的環(huán)保企業(yè)為主,并形成梯次利用的市場,以18650為例回收到企業(yè)的成本約0.1元/個,把電池包拆解,得到單體電池,經(jīng)過測試后,可售出作為五金工具的電源,批發(fā)的價格可以達(dá)到11.5元/個,因此具有經(jīng)濟(jì)效益。但這些小公司工藝設(shè)備落后,回收利用過程很難達(dá)到環(huán)保要求。而專業(yè)回收公司如深圳格林美高新技術(shù)股份有限公司、廣東邦普循環(huán)科技有限公司、浙江超威動力能源有限公司和廣東芳源環(huán)保股份有限公司等具有先進(jìn)技術(shù)設(shè)備及一定技術(shù)開發(fā),但目
3、前還只能對特有電池品種(如三元材料電池)進(jìn)行回收利用。由于動力鋰電池品種多,在拆解過程缺乏自動化拆解技術(shù),進(jìn)行環(huán)保回收利用需要增加企業(yè)成本,因此回收利用過程很難獲得經(jīng)濟(jì)效益,需要政府系統(tǒng)的支持和政策激勵。整體上看,由于電動汽車發(fā)展時間不長,動力電池廢料在近幾年才大量進(jìn)入市場。我國動力電池的回收利用還處于初始階段,針對不同類型的動力鋰離子電池?zé)o論在拆解、梯次利用及資源綜合利用方面缺乏成熟的技術(shù)。因此在廢舊動力鋰電池回收利用方面必須進(jìn)行技術(shù)開發(fā)及創(chuàng)新,才能保證我國電動汽車的健康及可持續(xù)發(fā)展。二、廢舊鋰電池的梯次利用隨著2016年底我國廢舊鋰離子電池的大批量的出現(xiàn),實(shí)際上在國內(nèi)很快形成了梯次利用市場
4、,2017年初開始一些小型企業(yè)將動力電池包拆解得到電池單體進(jìn)行批發(fā),作為移動光源如手電筒、五金工具及低速電動車的電源使用。2017年開始至少有10家以上的小型企業(yè)進(jìn)行該經(jīng)營活動。早期確定的廢舊動力電池梯次利用方向,作為儲能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)廢舊動力電池梯次利用,還沒有得到實(shí)質(zhì)性的推廣。國內(nèi)梯次利用進(jìn)展早期我國廢舊動力電池的梯次利用以儲能系統(tǒng)作為主要發(fā)展戰(zhàn)略,中國電科院、國網(wǎng)北京市電力公司、北京交通大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、北京普萊德新能源電池科技有限公司等單位相繼進(jìn)行了動力電池梯次利用示范工程。國內(nèi)幾個典型的動力電池梯次利用示范工程見表1。但這些示范工程以后,多數(shù)沒有進(jìn)行商業(yè)性運(yùn)營。國外梯次利用進(jìn)展國外的梯次
5、利用主要也以儲能為主,日產(chǎn)汽車和住友集團(tuán)合資的4REnergy公司,將日產(chǎn)leaf氣車的二手電池用于家庭和商業(yè)儲能設(shè)備;夏普公司開發(fā)了智能功率調(diào)節(jié)器,以使車載動力電池可以用于家庭電源管理;同時美國EnerDel公司和日本伊藤忠商社合作,在新建公寓中推廣梯次利用電池。美國TeslaEnergy、通用公司及ABB集團(tuán),德國BOSCH、BMW等公司也開展了梯次利用的實(shí)踐。目前國外電池梯次利用的典型案例見表2。梯次利用市場我國自2011年以來,動力鋰電池的市場規(guī)模也越來越大,2009-2016年我國累計生產(chǎn)新能源車達(dá)到近100萬輛,實(shí)際上2016年底我國新能源汽車動力電池累計報廢量約為2萬4萬t,據(jù)估
6、算2018年我國電池報廢量將達(dá)到17.5萬t,廢舊動力鋰電池回收價值將50億元以上,2020年回收市場價值將達(dá)到100億元。同時移動光源、五金工具及低速電動車的電源方面對退役鋰離子電池有著巨大的市場需求,估計在近幾年廢舊鋰離子電池的梯次利用在這些領(lǐng)域有著巨大的市場前景。廢舊鋰電池的拆解鋰電池的使用具有一定的生命周期,使用一定時間需要報廢,即使進(jìn)行梯次利用,最終也要報廢。鋰電池由殼體,正極(鋁基片),負(fù)極(石墨與銅基片),電解液,隔膜等組成。如不進(jìn)行拆解及分選,無法回收廢舊電池中的有價材料及成分,即使進(jìn)行分離,也無經(jīng)濟(jì)意義。因此回收企業(yè)應(yīng)著力開展廢舊鋰電池的拆解的技術(shù)開發(fā)。對于大容量三元材料電池
7、,處于安全考慮,還沒有進(jìn)行規(guī)模化拆解回收實(shí)踐,而對于電池單體容量小、質(zhì)量輕和體積小的電池進(jìn)行大規(guī)模回收處理(如常規(guī)的18650鋰離子電池)。目前已經(jīng)有成熟的拆解技術(shù),主要采用破碎分選的方法進(jìn)行拆解,其工藝流程依次為放電、高溫?zé)峤?、機(jī)械破碎、粒徑分選、密度分選等見圖1。41EnqiVWH:淖帕鳳.日町疣腳槨皆化劇田!亦vmtJiliSSflUtfin.-rWJt菲電為s:即啊at境気即屯眷in耳勺iSTJ;供j走:電RHE9T“飢*L-.1-::-lEEE綃BfUlitllffiSBP4TJBtolMErfX::田鐘Mt口E1:碼駢h購畑4;T4&ir粗就股洶鄧前垃醉鮭yt誕5113181WV.
8、LMvl用1耙躺佯舊孔HUT*禪NUElUHtHlt需nmt注停珂啦和也證電酒UFkPCI.馨恵團(tuán)4艸i-電疋張岬ns員風(fēng)呻一1區(qū)勺4flAttfSKXEAJ關(guān)于破碎分選工藝,河南一些小型機(jī)加工廠開發(fā)了5001000kg/h的拆解系統(tǒng)(圖2),廢舊鋰電池有價組分回收利用率達(dá)90%以上,針對不同形狀的廢舊鋰電池提出了不同的拆解分選流程。據(jù)報道,2017年4月中航鋰電(洛陽)有限公司建立了全自動化鋰動力電池拆解回收示范線。該示范線可對鋰動力電池中銅鋁金屬回收率高達(dá)98%,正極材料回收率超過90%。這項技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平,并獲得2016年河南省重大專項600萬元專項資金支持。磷酸鐵鋰(LiFeP0
9、4)動力電池安全性好,但規(guī)格不一、形狀各異,可以進(jìn)行規(guī)?;鸾?。一些小規(guī)模的回收廠家主要先拆分電芯得到正、負(fù)極片,再破碎分選,回收銅、鋁及電池材料,工藝流程見圖3。隨著LiFeP04電池的大規(guī)模使用及逐漸退役,規(guī)?;叭詣踊鸾釲iFeP04動力電池仍存在4大難題:自動化拆殼技術(shù)、自動化拆片技術(shù)、LiFeP04材料再生利用技術(shù)和電池拆解過程中的環(huán)境安全控制。需要進(jìn)行全自動拆解設(shè)備的技術(shù)開發(fā)。三、結(jié)語近幾年我國新能源汽車得到了快速發(fā)展,與此同時產(chǎn)生廢舊電池也在快速增長,對廢舊鋰電池進(jìn)行回收再利用,不但是環(huán)境保護(hù)的要求,同時也有利于資源循環(huán)利用。國內(nèi)外在動力電池的梯次利用方面已經(jīng)進(jìn)行了有益的工作,但在鋰電拆解及循環(huán)再制造技術(shù)的研究方面還處于初級階段,需要進(jìn)行技術(shù)開發(fā)及技術(shù)創(chuàng)新。10.3969/j.issn.1008-892X.2017.09.009參考文獻(xiàn)李肖肖,王楠,郭盛昌,等廢舊動力鋰離子電池回收的研究進(jìn)展J.電池,2017,47(1):52.陳江平.LiFeP04廢電池回收處理設(shè)備的設(shè)計及正極廢料的改性研究C.天津,天津理工大學(xué),2016.3.王英東,楊敬增
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