廢舊鋰離子動力電池的拆解及梯次利用

楊思蔚，杜光潮，王立新，劉魯平，侯曉川，應旭峰

（浙江新時代中能循環科技有限公司，浙江 紹興 312369）

1 廢舊鋰離子動力電池回收利用的現狀

縱觀我國鋰離子電池回收現狀，市場上動力鋰離子電池的回收主體重要有回收小作坊、專業回收公司，缺乏以動力鋰離子電池生產公司或電動汽車公司為主體的回收體系。同時，國產動力鋰離子電池型號眾多、電池包結構不統一，組裝工藝和技術千差萬別，拆包過程對生產線的整體技術要求非常高。而市場上的回收公司規模大小不一，工藝設備落后，也無法防止少數不具有回收資格的公司非法從事廢舊動力鋰離子電池回收。但如果是取得資質且依法注冊納稅的正規公司，按照國家排放標準嚴格執行電池回收工作，回收價格將必定缺乏競爭力，盡管梯次利用在理論上是一種非常好的方法，但對目前的鋰離子電池來說卻很難實行。

如今，政策的出臺以及新能源汽車產業的發展，一方面對公司提出了強制措施，另一方面也給電池回收市場描繪出了未來無限好藍圖。出于多方考慮，一些公司紛紛開始布局。這其中不乏傳統回收公司、冶煉公司、材料公司、電池公司和新能源汽車公司等。然而回收行業有它的行業特性，僅憑借一腔熱血、缺乏技術沉淀，很難做得長遠。

目前，廢舊鋰離子動力電池的回收主要有梯次利用和拆解兩種方式。其中梯次利用主要針對電池容量下降到原來的70%-80%無法在電動汽車上繼續使用的電池，進行梯次利用，可以繼續在其他領域，如電力儲能、低速電動車、五金工具等作為電源繼續使用一定的時間；拆解則主要針對電池容量下降到50%以下，該類電池無法繼續使用，只能將電池進行拆解并資源化回收利用。

2 廢舊鋰離子動力電池的拆解

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，即使進行梯次利用，最終也要報廢。鋰電池由殼體、正極（鋁基片）、負極（石墨與銅基片）、電解液、隔膜等組成。如果不進行拆解及分選，無法回收廢舊電池中的有價材料及成分，即使進行分離，也沒有經濟意義。

廢舊動力鋰離子電池拆解導致廢氣、廢液和廢渣等污染問題難以避免，不僅會帶來生態環境隱患，還會對人們的健康帶來危險，但若不進行回收和處理，就會造成資源浪費。廢舊鋰離子電池拆解、重組、測試和壽命預測等關鍵技術攻關具有重要意義，可以提高自動化水平和回收效率，同時保證技術成熟度和生產過程的安全性，兼顧經濟可行性和安全性，實現動力鋰離子電池的高效回收再利用。因此，回收企業應著力開展廢舊鋰離子動力電池的拆解技術開發。

2.1 廢舊鋰離子動力電池拆解回收的現狀

回收公司收到的電池包括各種形態、尺寸、規格、封裝形式、設計工藝和串并聯成組形式，以及多樣化服役時間、應用車型和使用工況等諸多因素，使得拆解時涉及到多種封裝夾具，公司很難實現大規模批量化拆解，也給梯次利用帶來很大困難。重金屬、有機電解液等也是動力鋰離子電池拆解面臨的難題，如果處理不當，對生態、生活都會環境造成危害，因此要高度重視拆解的每個環節，確保動力鋰離子電池回收再利用的經濟、生態效益。這一難題的關鍵一方面在于完全不同的電池系統設計，讓電池包和模組的拆解流水線無法規?；貜椭剖褂?，導致電池拆解時極為不便。另一方面，國內大多依靠人工拆解，工人的技能水平直接影響著電池回收過程效率。

國內主要依靠人工拆解進行動力電池回收，工人的技能水平直接影響著電池回收效率。同時由于電池包具有高能量，動力電池拆解過程中會產生廢氣、廢液、粉塵，對環境和工人都有嚴重的危害性，所以動力電池回收企業迫切需要自動化全封閉拆解設備，才能真正實現動力電池節能環保、安全可靠、高效率地拆解回收。

2.2 廢舊鋰離子動力電池存在的危險性

儲存的廢電池具有潛在的危險性，卻對環境不利，如果不能直接利用退役電池，就必須進行回收。退役電池中的廢氣礦物資源的回收可以帶來重要的經濟效益，減輕了對新礦物開采的需求，并對礦物自由供應鏈的脆弱環節和供應風險提供了彈性。對于大多數的回收過程，電池組至少拆卸到模塊組。然而，與電池拆卸有關的危害也很多。從汽車上拆卸電池組需要進行人員的高壓培訓，使用絕緣工具以防止操作人員觸電或者電池組短路。短路會造成快速放電，甚至熱失控。熱逃逸可能產生有毒的副產物。如果氣體累積到一定程度，最終可能導致電池爆炸。由于電池包含有易燃電解液、有毒和致癌物性電解液添加劑，潛在有毒或致癌性的電極材料，所以電池也存在化學危險。

2.3 廢舊鋰離子動力電池拆解需要解決的問題

從廢舊鋰離子電池中直接回收正極材料、負極材料、電解液、隔膜等高附加值的中間品商業化難度很大。而且在拆解過程中，不同類型電池制造和設計工藝的復雜性、串并聯成組形式、服役和使用時間、應用車型和使用工況的多樣性都會影響拆解復雜程度和安全性等。

原來的傳統濕法冶煉和手工拆解技術解決不了動力鋰離子電池復雜的結構所帶來的環保問題和安全問題，此外還有材料的定向合成問題。

2.4 廢舊鋰離子動力電池拆解面臨的挑戰

不同的汽車制造商采用了不同的方式為自己的汽車提供動力，市場上的電動汽車擁有各種各樣不同的物理配置、電池類型和電池化學組成，這給電池回收帶來了挑戰。此外，這對梯次利用和回收利用，目前汽車電池組都是手工拆卸，電動汽車電池的重量和高電壓意味著需要有資質的工人和專門的工具來進行拆解。對于一個缺乏技能的轉型行業來說，這同樣是一個巨大的挑戰。同時值得擔心的是，未經訓練的機械師和人工可能會冒著生命危險修理電動汽車和處理即將報廢的車輛，其中隱藏著非常大的安全問題。

3 廢舊鋰離子動力電池的梯次利用

3.1 廢舊鋰離子動力電池國內梯次利用進展

我國廢舊動力電池的梯次利用與國外相比有一定的差距，但近幾年開展相關的研究和應用，并進行了工程示范。如中國電科院、國網北京市電力公司與北京交通大學合作完成的100kWh電池儲能系統的梯次利用工程示范；北京市電力公司、北京工業大學及北京普萊德新能源電池科技有限公司合作完成的北京市科技計劃項目“電動汽車鋰離子電池系統全生命周期利用技術研究與示范”；同時北京海博思創科技有限公司、國網浙江電力公司，國網河南電力公司等單位也相繼進行了動力電池的梯次方面的工程示范。

3.2 廢舊鋰離子動力電池國外梯次利用進展

國外的梯次利用主要也以儲能為主，日產汽車和住友集團合資的4REnergy公司，將日產leaf氣車的二手電池用于家庭和商業儲能設備；夏普公司開發了智能功率調節器，以使車載動力電池可以用于家庭電源管理；同時美國Ener Del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，德國BOSCH、BMW等公司也開展了梯次利用的實踐。

3.3 鋰離子動力電池梯次利用的安全性

退役動力電池經歷了嚴酷的車用使用環節，各方面的性能衰退難以直接判別，尤其是電池的安全問題應當引起行業的重點關注。隨著電池循環壽命的增加，起火、自燃等隱患大幅上升。對于新電池的安全標準、試驗方法已經很完備，但對于梯次電池的安全性，目前沒有相關的標準可以參考。部分企業提出利用大數據的方式判斷電池模組的健康情況，這種方式可否單獨使用還是作為人工篩選的輔助手段需要進一步研究。

同時，梯次電池的使用場景缺乏管控。哪些場景下可以使用梯次電池，哪些場景禁止使用梯次電池沒有相應要求;在梯次電池的應用中，如何應對其進行監控、出現事故后責任如何判斷都是行業監管的空白地帶。

3.4 廢舊鋰離子動力電池的測試和評估

廢舊的鋰離子動力電池可以在做好電池的性能評估、分類篩選以及重新組合等工作，能很好降低電池之間的差異性，進一步減少電池在再利用過程中的成本。但是，廢舊鋰離子動力電池的回收再利用，不僅要考慮經濟效益，更要關注環境保護和安全問題。廢舊鋰離子動力電池再利用的最關鍵因素之一是安全性能。在惡劣條件下，電池經過數百甚至上千次循環后，內部和外部特性都發生了明顯的變化，導致安全性能降低。因此，在廢舊鋰離子動力電池的回首再利用和拆解時，都要對廢舊電力進行安全性能測試和評估，通過測試和評估獲取廢舊電池的性能特征，從而判斷廢舊電池的價值和安全特性，確實是否值得再利用以及對環境安全的影響。

廢舊動力電池梯次利用可以實現資源利用的最大化，符合綠色、循環、可持續的發展理念。其使用場景豐富，市場空間巨大，在利用得當的前提下，可以創造很大的經濟價值。但該產業也面臨著經濟性、安全性的雙重考驗，只有突破這兩大瓶頸，才能迎來產業的高質量發展。

4 結語

我國動力電池的回收利用還處于初始階段,現階段我國廢舊鋰電池回收體系尚不健全，回收技術和商業模式還沒達到成熟的標準。

針對不同類型的動力鋰離子電池無論在拆解、梯次利用及資源綜合利用方面缺乏成熟的技術。對廢舊鋰電池進行回收再利用，不但是環境保護的要求，同時也有利于資源循環利用。因此在廢舊鋰離子動力電池回收利用方面必須進行技術開發及創新。