新能源汽車動力電池回收利用模式分析

無錫商業職業技術學院 路 露

近年來，新能源汽車越來越受到人們的關注，電動汽車市場發展規模日益龐大。然而動力電池使用壽命一般僅為5年～6年，當電動汽車的動力電池容量衰減到80%時，就無法滿足電動汽車的使用要求，這就意味著未來幾年會有大量動力電池面臨報廢回收。如果回收處置不當，不僅會造成嚴重的環境污染，也是對電池價值的巨大浪費。因此，如何有效合理地利用退役動力電池成為人們關注的熱點。目前常用的新能源汽車動力電池再利用的方法主要有拆解回收和梯次利用兩類。

1 拆解回收

由于鋰離子動力電池具有電容量大、能量密度高、循環性能好等優點，廣泛應用于新能源汽車。鋰離子動力電池電極材料中含有大量的重金屬，當電池報廢時，如果不能進行有效地拆解回收，不僅會造成資源浪費，還會帶來環境問題。目前鋰離子動力電池的拆解回收方法主要有物理法、生物法和化學法。物理法主要是通過機械處理，利用碾碎、篩分、磁分離等物理方法進行電池組分的初步分離，這種方法的優點是工藝流程少、技術比較成熟，但是在篩選時，存在夾帶損失，而且很難實現金屬完全分離，導致回收并不徹底。生物法主要是利用氧化硫硫桿菌、嗜酸菌等微生物浸出，將有用成分轉化為可溶化合物來實現金屬組分的分離，這種方法的優點是環境污染小、菌種可重復利用，但是由于菌種的選擇困難、菌種培養周期長，導致回收的效率低?；瘜W法主要有火法處理和濕法處理兩類。其中火法處理是將電極材料進行高溫熔融，從而提煉金屬，這種方法處理成本高、二次污染嚴重，而且無法回收金屬鋰，顯然并不適用于新能源汽車動力電池的回收。另一種化學法是濕法回收，利用浸出液將金屬浸出至溶液，再進行分離純化，這種方法成本較低、技術成熟，特別適用于中小規模鋰離子電池的回收。

下面以應用較廣泛的三元鋰離子電池為例，探討如何采用濕法冶金技術進行拆解回收。濕法冶金技術主要步驟包括前處理、預處理、酸（堿）液浸出、浸出液除雜、分離萃取及元素沉淀等。濕法回收工藝先對材料進行預處理，再通過酸（堿）液浸出，將金屬以離子形式回收，通過分離萃取、元素沉淀提取金屬材料。如通過濕法回收工藝處理LiNi1-x-yCoxMnyO2正極電極材料，以硫酸作為浸出劑得到浸出液，再向浸出液中加入氧化劑高錳酸鉀，與三價錳離子發生選擇性反應，得到二氧化錳、氫氧化錳沉淀，再通過丁二酮肟分離提取二價鎳離子。通過氫氧化鈉將鈷離子轉化成沉淀，再加入飽和碳酸鈉溶液，將剩余的鋰離子形成碳酸鋰沉淀，最終實現LiNi1-x-yCoxMnyO2正極電極材料中各金屬元素的回收。

2 梯次利用

新能源汽車動力電池容量衰減到80%時，就會成為退役動力電池。如果將退役動力電池直接進行拆解回收，會造成極大的資源浪費。研究顯示，新能源汽車退役動力電池仍有多達400次～1 000次的循環，雖然無法滿足新能源汽車的性能需求，但仍可梯次利用在其他場合發揮其作用，只有容量衰減很多（低于20%）的鋰離子動力電池才會直接送往具備相關資質的企業進行拆解回收。對于容量衰減較少的退役動力電池，可以通過篩選、修復、增容等技術處理，用于低能耗車輛。無法滿足車輛能耗的動力電池也可應用于可再生能源發電、小型蓄能電站、智能電網的削峰填谷、微網、電動汽車充換電站、家庭備用電源等領域，在一定程度上降低電池儲能系統的成本，優化儲能配置，對于促進電池儲能在我國的發展應用具有積極的作用。對退役動力電池進行梯次利用，延長了電池的使用壽命、發揮了電池的容量價值、緩解了大量電池回收工作的壓力，分攤了消費者的使用成本，具有重要的社會意義和經濟效益。

從新能源汽車上回收的退役動力電池的容量、內阻、自放電率及二次循環壽命等技術指標都不同于新電池，故而無法直接應用于其他領域，因此要正確估計退役動力電池的剩余價值，選擇具有電池一致性的單體電池，重組電池包，才能防止出現某一電化學儲能性質較差的電池單體影響整個電池包的儲能性質，實現退役重組電池包的性能最大化。首先，無損拆解退役新能源汽車動力電池組，獲得電池單體。如果在拆解過程中出現破損，則篩選出可再用的電池單體進行修復，并重新充電，充電完畢后進行性能檢測，篩選出額定電壓與實際電壓之差不大于0.02 V且實際容量不低于標稱容量的70%的電池單體（測試過程可參照國標GB/T 31467.2—2015），對不能達標的電池單體進行報廢處理。然后，再將篩選出的電池單體配對重組成動力電池組，梯次利用于可再生能源發電、家庭備用電源等領域。

目前，國內也有一些企業開展動力電池梯次利用項目。如北京市的“梯次利用電池儲能系統示范工程”項目就是利用退役動力電池實現調節功率/電壓、備電。唐山供電公司通過退役動力電池為用戶提供可靠和高質量供電，實現削峰填谷離網運行。中國電力科學研究院利用退役動力電池實現了風電平滑調頻。

雖然目前新能源汽車退役電池的回收再利用已有了較成熟的方案，但退役電池的回收再利用技術難度高、資金投入大，導致很多企業望而卻步，所以目前國內從事退役新能源汽車動力電池回收再利用的企業還相對較少，導致動力電池回收利用率仍然較低。因此，在新能源汽車動力電池退役大潮來臨之前，還需要政府大力扶持，不斷完善相關技術規范，貫徹動力電池全生命周期理念，以促進新能源汽車動力電池回收再利用產業的發展。