[梯次利用·技术] | 关于动力电池回收与梯次利用

本文授权转载自：熊锂论

回收利用路线

随着新能源汽车销量逐年上升，用在电动汽车上的锂电池用量越来越多，退役的动力电池亟待处理。据统计，～2024年，动力锂电池累计报废约100万吨，如此庞大数量的电池如处理不当，将会对环境造成巨大危害。为发展与自然共存的社会，开展废旧动力电池环保处置是可持续发展必然要求。

工信部、科技部、环保部、交通部、商务部、质检总局、能源局印发《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》（以下简称《办法》）的通知，强调落实生产者责任延伸制度，明确汽车生产企业承担动力蓄电池回收的主体责任。鼓励开展梯次利用（对容量下降到 80%以下的车用动力电池进行改造，利用到储能及低速电动车等领域）和再生利用（对已经报废的动力电池进行破碎、拆解和冶炼等，实现镍、钴、锂等资源的回收利用），推动动力蓄电池回收利用模式创新。鼓励社会资本发起设立产业基金，研究探索动力蓄电池残值交易等市场化模式，促进动力蓄电池回收利用。《办法》自8月1日施行。

国家如此重视动力电池回收利用，那么我们是怎么回收利用的呢？动力电池回收利用路线一般有以下两种：

整个循环流程中，一般的回收企业有三个盈利点，即：

（1）出售初次筛选状态较好、能够直接梯次利用的电池；（2）出售拆解后的原材料；（3）出售修复过的正/负极材料。

电池回收

锂离子电池可回收的成分：正极、负极（石墨）、电解液、铜、铝及隔膜等，主要成分为正极材料（约占成本的40%）；三元材料按钴、镍含量的72%-60%记价，锂不记价，磷酸铁锂极片约1.2万元/吨—降低至3-4千元/吨。

以磷酸铁锂电池的回收进行计算：

废铝：11100-11300元/吨，1吨回收铝150kg，价值为1665元；

LiFePO4粉体：可回收碳酸锂140kg，按正极片计算，为112kg，粗碳酸锂价格7万元/吨，回收价值为1.2万元；

总产值：0.17+0.98=1.15万

原料成本约4000元/吨，加工成成本约6000元/吨，

效益1.15-1.000=0.15万元/吨。因此目前电池回收处于微利状况，大部分厂家停产。

目前电池回收利用的工艺如下：

1、火法：

通过高温焚烧去除电极材料中的有机粘结剂，同时使其中的金属及其化合物发生氧化还原反应，以冷凝的形式回收低沸点的金属及其化合物，对炉渣中的金属采用筛分、热解、磁选或化学方法等进行回收。

2、湿法：

以各种酸碱性溶液为转移媒介，将金属离子从电极材料中转移到浸出液中，再通过离子交换、沉淀、吸附等手段，将金属离子以盐、氧化物等形式从溶液中提取出来，主要包括湿法冶金、化学萃取以及离子交换等三种方法。

湿法回收技术工艺相对比较复杂，但该技术对锂、钴、镍等有价金属的回收率较高；得到的金属盐、氧化物等产品，高纯度能够达到生产动力电池材料的品质要求，适合三元电池，也是国内外技术领先回收企业所采用的主要回收方法。

工艺

火法处理工艺

湿法处理工艺

火法湿法联合处理工艺

优点

原理简单；设备容易实现；应用较广泛

较大程度地

回收有价金属；

较高的回收率和纯度；

回收率高；

电池活性材料回收充分；

能适用新型电极材料

缺点

只回收有价金属；能量消耗大；回收率低；二次污染

工艺时间长；

成本高；

对环境造成危害；

废水需要进一步处理

联合回收过程复杂；

成本高；

前期处理简单导致后续除杂问题严重

目前工业上使用的技术路线：

(1)采用盐酸、硫酸+氧化剂（双氧水或氯酸钠）溶解；

(2)采用碳酸钠沉淀，得到碳酸锂粗产品直接出售。

(3)由于碳酸锂溶解度较高（0.7g/100g)7g/L，因此锂的回收普遍小于85%。

(4)溶解过程会有10%磷酸铁溶解下来，除杂过程消耗试剂。

电池回收中主要问题：

1）电池中有些主要成分没有回收；

2）锂回收率一般在85%左右；

3）浸出过程消耗大量的氧化剂（双氧水等）；

4）有废水排放，造成锂损失，同时造成污染。

梯次利用

对于退役电池的再利用，小批量的退役电池比较适合小型储能、家庭储能，基站备电等用途；对于大批量的退役电池，在充分考虑系统安全性和系统可靠性的前提下，也可用在微电网系统或者以租赁服务等方式进入中大型电力储能市场。在各种储能应用中，锂离子电池能量效率最高。

其他领域应用：

退役动力电池在电压、电阻、电量、容量、循环次数上有较大差别，可进行K-mean聚类分选、重组。

在进行梯次利用时，不一致性较大的电池不能直接串并联成组使用，给梯次利用带来极大不便。退役动力电池的安全性有较大下降，需要实时监测。

退役电池梯次利用前的准备工作：

1.确定电池系统的接口定义；

2.实施1-3个循环的充放电测试，初步掌握各电芯的容量及自放电等数据；

3.处理整盘电池中的短板电芯（替换或短路掉）；

4.对整盘电池实施均衡（主动或被动）；

5.再次实施1-3个循环充放电测试，得出各电芯的实时数据，确定再利用方案。

电池检测：

1、余能检测；

2、利用BMS数据评价电池状；

3、电池欧姆电阻的温度特；

4、电池的阻抗；

5、电池的空间电荷分布。

但现有串并联体系依赖于电池一致性，余能检测标准耗人耗时，极不方便。因此可以考虑的其它方法包括：

基于大数据的评价方法。

基于快速检测的评价方法（极化阻抗、空间电荷）。

从目前经济效益看，动力电池梯次利用的拆解是严重不合算的。动力电池产生经济效益的还是正极材料再造。

动力电池梯次利用的拆解技术，站在大学及科研机构角度来说，专家介绍没有难度，但是以动力电池企业的角度来看，其自动化程度很高，要投入大笔资金。

退役电池品质的识别技术难度较大，其安全性如何保障?自己生产电池，自己回收，对电池池品质的识别，有不可比拟的优势。但是面对不同企业产品差异性，如何识别品质?

动力电池梯次利用商机有望，但是路还很长。

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