新能源汽車電池回收研究進(jìn)展

陳炳諭

新能源汽車電池回收研究進(jìn)展

陳炳諭

（上海電力大學(xué) 數(shù)理學(xué)院，上海 200070）

近年來，盡管新能源和可再生能源不斷發(fā)展，但人類使用的能源仍以化石燃料為主，這導(dǎo)致全球碳排放量巨大，對(duì)人類環(huán)境造成了極大的破壞。作為一種繼燃料汽車之后的新能源汽車，對(duì)于節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)起到積極作用。新能源汽車作為未來大力發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，國家在政策方面給予了大力支持。作為一種新的工業(yè)模式，新能源汽車雖然是發(fā)展的重點(diǎn)，但是新能源汽車電池回收仍然存在很多問題，這就吸引了大批學(xué)者參與到有關(guān)電池回收的課題當(dāng)中。新能源汽車發(fā)展?jié)摿薮螅瑢?duì)于電池回收方向的研究也在不斷深化。文章回顧了我國新能源汽車發(fā)展歷程，整理了新能源汽車電池回收方法以及遇到的問題，并提出相應(yīng)建議，希望能對(duì)以后學(xué)者研究提供幫助。

電池回收；動(dòng)力電池；新能源汽車；文獻(xiàn)綜述

雖然中國的新能源汽車技術(shù)起步較晚，在先進(jìn)技術(shù)層面上與國外還存在較大差距，但伴隨著“十二五”規(guī)劃的進(jìn)行，政府出臺(tái)了一系列的財(cái)政補(bǔ)貼政策和激勵(lì)措施，以此推動(dòng)了中國新能源汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，目前中國已經(jīng)處于全球領(lǐng)先行列。根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2019年新能源汽車銷售量達(dá)到了287.3萬量，比2016年增長(zhǎng)了近2倍，2017年到2018年增速最大。

中國汽車協(xié)會(huì)、中國汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟于2022年10月發(fā)布了《2022年9月動(dòng)力電池月度數(shù)據(jù)》。數(shù)據(jù)顯示，1月和9月分別產(chǎn)銷471.7萬輛、456.7萬輛新能源汽車，分別同比增長(zhǎng)1.2倍、1.1倍。市場(chǎng)份額達(dá)到23.5%。1－9月，我國動(dòng)力電池產(chǎn)量累計(jì)372.1 GWh，累計(jì)同比增長(zhǎng)176.2%。

目前為止，中國在新能源汽車行列中處于全球領(lǐng)先位置，政府提供了大量政策扶持。自2001年被國家列為“十五”期間“863”重大科技專項(xiàng)的新能源汽車研究項(xiàng)目，以及2009年新能源汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，國家從2010年開始啟動(dòng)私人購買新能源汽車補(bǔ)貼試點(diǎn)工作，試點(diǎn)城市包括上海、長(zhǎng)春、深圳、杭州、合肥等5個(gè)城市。新能源汽車的發(fā)展方向在國務(wù)院2012年制定發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012－2020年）的通知》中已有所指明，2013年補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)細(xì)化，補(bǔ)貼范圍擴(kuò)大，2014年后補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)呈現(xiàn)逐步下降趨勢(shì)。直到新能源汽車購置稅補(bǔ)貼于2022年底結(jié)束，同時(shí)北京市將購置補(bǔ)貼延長(zhǎng)到2023年底。

1 新能源汽車電池回收文獻(xiàn)分析

目前全球最大的中文數(shù)據(jù)庫－中國知網(wǎng)（China National Knowledge Infrastructure, CNKI）在國際上處于領(lǐng)先水平。CNKI是國內(nèi)外學(xué)者使用較多的數(shù)據(jù)庫之一，集期刊雜志、博士、碩士、會(huì)議論文和工具書、年鑒、專利、標(biāo)準(zhǔn)、國學(xué)及海外文獻(xiàn)資源為一體，涵蓋各學(xué)科。因此，本研究在2022年12月使用CNKI來檢索文獻(xiàn)。

通過對(duì)主題“電池回收”進(jìn)行檢索，共有3 851篇文獻(xiàn)，將其按照時(shí)間順序排列，如圖1所示，數(shù)據(jù)表明，有關(guān)“電池回收”方面的研究從2004年開始基本呈現(xiàn)上升式發(fā)展，2018年文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量陡然上升。其中期刊論文占有2 871篇，如圖2所示，數(shù)據(jù)表明，有關(guān)電池回收類的期刊數(shù)量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，近幾年期刊發(fā)表數(shù)量波動(dòng)明顯，受疫情影響預(yù)計(jì)未來幾年期刊數(shù)量仍然有一定波動(dòng)，不過波動(dòng)會(huì)逐漸減弱，將來有關(guān)電池回收的期刊論文數(shù)量會(huì)逐漸增加。

2 新能源汽車電池回收目前主要研究成果

通過對(duì)主題“電池回收”進(jìn)行檢索，共有3 851篇文獻(xiàn)。由于文獻(xiàn)內(nèi)容過于龐大，筆者為了從中篩選出契合度較大，影響力較高的文獻(xiàn)，首先只保留科學(xué)引文索引（Science Citation Index, SCI）、工程索引（Engineering Index, EI）、中文核心期刊（北大）、中文社會(huì)科學(xué)引文索引（Chinese Social Sciences Citation Index, CSSCI）（南大）、中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫（Chinese Science Citation Database, CSCD）（中科院）5個(gè)重要期刊。通過檢索得出相關(guān)期刊論文仍有461篇，在結(jié)果中以“電池回收”和“新能源”為主題檢索得出共有期刊63篇，為了保證研究的前沿性，將研究范圍縮短至近5年（2018－2022年）最后共得出48篇期刊論文。最后通過對(duì)全文篩選和質(zhì)量評(píng)估進(jìn)行最后一輪篩選，最終得到42篇文獻(xiàn)。通過對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行研究分析，最終從影響因素、回收現(xiàn)狀、面臨困境及發(fā)展策略和未來發(fā)展趨勢(shì)四個(gè)方面進(jìn)行分析。

2.1 新能源汽車電池回收影響因素研究

陳吉清等通過波特五力模型分析說明政策對(duì)內(nèi)減少中小企業(yè)的資源，對(duì)外放寬外資企業(yè)的涌入是影響汽車電池回收產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵因素[1]。賈俊秀等通過斯坦克爾伯格博弈模型，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型實(shí)證分析證明了在政府補(bǔ)貼策略下能提高電池續(xù)航能力、廢舊電池回收率以及供應(yīng)鏈企業(yè)的利潤[2]。王萍等通過比較國內(nèi)外電池回收利用法律法規(guī)說明了國民認(rèn)知不足、企業(yè)受限、回收成本高以及電池類型、結(jié)構(gòu)、核心差別大是制約汽車電池回收的因素[3]。潘蘇楠等通過采用生態(tài)學(xué)視角類比價(jià)值研究方法說明了電池回收的技術(shù)創(chuàng)新與動(dòng)力電池回收循環(huán)利用方法創(chuàng)新能促進(jìn)汽車電池回收效率[4]。張厚明通過理論分析指出動(dòng)力電池企業(yè)利潤減少、產(chǎn)能過剩、跨國公司的沖擊、產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)不足是制約動(dòng)力電池發(fā)展的因素[5]。

通過對(duì)相關(guān)論文進(jìn)行總結(jié)，發(fā)現(xiàn)影響汽車電池回收的因素主要在于外資企業(yè)對(duì)國內(nèi)企業(yè)造成的沖擊，迫使國內(nèi)企業(yè)降低利潤，同時(shí)國內(nèi)受限于產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)創(chuàng)新不足和國家政策支持等方面。

2.2 新能源汽車電池回收現(xiàn)狀研究

新能源汽車電池主要有鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳氫、三元鋰和鉛酸電池，筆者將對(duì)這五種電池進(jìn)行歸納整理。

1.鈷酸鋰電池回收研究

曹遠(yuǎn)鵬等通過結(jié)合鈷酸鋰正極材料行業(yè)現(xiàn)狀，總結(jié)了以鈷酸鋰正極材料為主流的汽車電池回收工藝[6]。作者分別對(duì)濕法冶金工藝，火法冶金提取金屬元素工藝和直接再生正極材料工藝三種工藝進(jìn)行比較并指出不同回收工藝的優(yōu)劣情況。

2.磷酸鐵鋰電池回收研究

陳永珍等對(duì)廢棄磷酸鐵鋰回收利用技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，并分析了廢棄磷酸鐵鋰電池回收利用的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)[7]。目前，技術(shù)層面上的廢棄磷酸鐵鋰材料回收主要有化學(xué)沉淀法回收、高溫固相修復(fù)及再生、生物浸出與電化學(xué)法回收處理技術(shù)等幾大類。作者通過比較各種回收方法得出使用高溫固相修復(fù)及再生技術(shù)具有更高的回收效益。

3.鎳氫電池回收研究

張彬等就機(jī)械法、火法、濕法、生物冶金法、正負(fù)極分離處理技術(shù)、廢氫鎳電池再生技術(shù)等當(dāng)前處理廢氫鎳電池的主要方法進(jìn)行了論述[8]。盡管大多數(shù)學(xué)者的研究都以濕法處理技術(shù)為主流，但這種回收模式很容易受到酸的種類、濃度、溫度等方面的影響，這就要求學(xué)者對(duì)這些影響因素進(jìn)行更深入的研究。

4.三元鋰電池回收研究

王皓逸等論述了退役三元鋰電池材料回收處理流程[9]，首先退役三元鋰離子電池經(jīng)過預(yù)放電處理，再對(duì)電池進(jìn)行拆解分離，最后進(jìn)行正極材料回收再生。三元鋰電正極材料回收再生目前主要有濕法冶金技術(shù)和物理修復(fù)再生技術(shù)兩大部分。濕法冶金工藝回收再生過程中包含浸出和再生兩種，其中浸出體系包括酸浸、堿浸以及生物浸出三類，正極材料的再生主要包括沉淀法和溶膠-凝膠法。物理修復(fù)再生法技術(shù)主要包括固相法、溶劑（水）熱補(bǔ)鋰法和熔巖修復(fù)法。

5.鉛酸電池回收研究

林朝萍論述了常用的鉛酸電池回收技術(shù)并介紹了鉛酸電池回收處理的新方法[10]。目前鉛酸電池回收主要有火法冶金和濕法冶金兩種技術(shù)，其中濕法冶金技術(shù)更具有環(huán)保優(yōu)勢(shì)，盡管以上回收方法取得了良好的應(yīng)用，但還是存在效率低、二次污染等問題。于是作者介紹了原子經(jīng)濟(jì)、檸檬酸焙燒、膜直接電解等新方法，不僅能有效緩解當(dāng)前面臨的問題，還能有效提高經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 新能源汽車電池回收面臨困境及發(fā)展策略

王佳等認(rèn)為汽車電池回收過程中如果廢舊電池得不到科學(xué)回收和處置，將會(huì)造成巨大的環(huán)境破壞[11]。由于電池中含有大量稀貴金屬，比如鈷、鎳、錳、鋰等金屬，這些金屬是全球公認(rèn)的戰(zhàn)略資源，如果廢舊電池不能有效回收利用，將造成大量金屬資源的丟失；由于正規(guī)回收企業(yè)太少，電池回收還存在無電池回收的尷尬局面，真正科學(xué)有效回收的為數(shù)不多。很多不合規(guī)的小型企業(yè)為了牟取電池回收帶來的利益，與正規(guī)回收企業(yè)相互競(jìng)爭(zhēng)，這給電池回收帶來了巨大的挑戰(zhàn)。針對(duì)這些問題，作者建議對(duì)動(dòng)力電池非法回收渠道進(jìn)行嚴(yán)厲打擊，加大對(duì)合法、合規(guī)的動(dòng)力電池回收渠道的支持力度，強(qiáng)化以生產(chǎn)者為主體責(zé)任的動(dòng)力電池回收模式，同時(shí)回收企業(yè)應(yīng)不斷加強(qiáng)回收設(shè)備的智能化改造工作等措施等。

昝文宇等主要探討了新能源汽車電池拆解的問題，動(dòng)力鋰電池梯次利用大致分為拆解、余能檢測(cè)、篩選和重組四個(gè)階段[12]。由于國內(nèi)梯次利用體系比歐美國家建立較晚，在核心設(shè)備和技術(shù)上的存在差異，在拆解鋰電池上存在安全問題、對(duì)于廢舊電池的剩余壽命及電池狀態(tài)無法系統(tǒng)評(píng)估、梯次利用產(chǎn)業(yè)鏈和商業(yè)模式也存在不足等問題。作者建議企業(yè)應(yīng)投入更大資金與研究力度，實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新與突破，同時(shí)建議國家應(yīng)加大對(duì)企業(yè)的相應(yīng)政策支持。

盧超等指出電池回收過程中存在定價(jià)不合理，協(xié)調(diào)機(jī)制不完善等問題[13]，針對(duì)這些問題，作者構(gòu)建了兩階段逆向供應(yīng)鏈分散式和集中式定價(jià)模型，指出企業(yè)要手機(jī)消費(fèi)者的需求信息并對(duì)出廠的動(dòng)力電池進(jìn)行全生命周期監(jiān)測(cè)，政府應(yīng)給予一定補(bǔ)貼促使消費(fèi)者購買回收維修后的動(dòng)力電池并且盡快出臺(tái)和完善動(dòng)力電池回收利用的管理制度。謝家平等構(gòu)建新能源汽車銷售及動(dòng)力電池回收的多級(jí)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)，找到了電池回收平衡的最優(yōu)條件，有利于幫助政府改善回收體系不完善的社會(huì)問題[14]。吳小員等指出退役電池梯次利用市場(chǎng)的未來發(fā)展受退役動(dòng)力電池梯次利用的安全性影響最大[15]。為利用民用梯次產(chǎn)業(yè)推動(dòng)未來發(fā)展，應(yīng)制定與民用梯次企業(yè)相匹配的電池回收策略，并加強(qiáng)對(duì)其全生命周期的監(jiān)控，以推動(dòng)梯次利用民用市場(chǎng)快速增長(zhǎng)。

對(duì)于新能源汽車電池回收利用方式，學(xué)者們主要是針對(duì)梯級(jí)和再生利用兩類，而國內(nèi)學(xué)者大都更傾向于梯級(jí)利用方面的研究。學(xué)者們對(duì)于新能源汽車電池回收存在的問題及策略分析主要分為社會(huì)問題和技術(shù)問題。社會(huì)問題方面主要存在消費(fèi)者對(duì)于電池回收認(rèn)識(shí)不足、政府政策對(duì)企業(yè)支撐不足、政府對(duì)電池回收監(jiān)管不足、外來企業(yè)涌入等；技術(shù)問題方面主要存在電池技術(shù)創(chuàng)新不足、電池回收利用循環(huán)方法體系創(chuàng)新不足、電池拆解技術(shù)安全問題存在短板等。學(xué)者們的研究成果主要集中在大范圍的領(lǐng)域進(jìn)行研究，很少有關(guān)于針對(duì)某一具體企業(yè)的研究，像比亞迪、寧德時(shí)代等電池制造商作為國內(nèi)重要新能源企業(yè)，有必要對(duì)這些企業(yè)進(jìn)行有關(guān)研究，由此筆者建議未來有關(guān)新能源電池回收的研究可以通過具體到研究某一企業(yè)的電池生產(chǎn)模式、電池銷售模式、電池回收模式，分析其模式中存在的問題并給出相應(yīng)措施，給其他新能源汽車電池行業(yè)帶來吸收經(jīng)驗(yàn)，借鑒優(yōu)良體系的機(jī)會(huì)，由此來彌補(bǔ)自身發(fā)展模式的不足，最后達(dá)到促進(jìn)整個(gè)新能源汽車電池行業(yè)的發(fā)展的目標(biāo)。

2.4 新能源汽車電池回收發(fā)展趨勢(shì)

鄭林昌等針對(duì)新能源鋰電池回收提出要盡快制定強(qiáng)制性鋰電池回收政策體系、重視中國地區(qū)差異化，加快鋰電池回收政策制定由政府推動(dòng)向市場(chǎng)推動(dòng)轉(zhuǎn)變[16]；王聰提出將外包裝的功能設(shè)計(jì)與藝術(shù)設(shè)計(jì)有機(jī)結(jié)合，促進(jìn)動(dòng)力電池系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展服務(wù)[17]；趙世佳等提出要優(yōu)化動(dòng)力電池回收設(shè)計(jì)、改進(jìn)電池回收利用管理體系、加大對(duì)動(dòng)力電池技術(shù)研發(fā)的支持力度、實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池向商業(yè)化方向轉(zhuǎn)型發(fā)展等[18]；姚沛帆等提出要提高退役電池回收率并對(duì)其中的關(guān)鍵資源進(jìn)行高效清潔提取，進(jìn)一步推動(dòng)電動(dòng)汽車行業(yè)低碳可持續(xù)發(fā)展[19]。李建林等提出在檢測(cè)和篩選方面需設(shè)計(jì)更加有效的檢測(cè)和評(píng)估方法；在電池管理方面要開展電池全壽命狀態(tài)估算法研究，增加電池壽命預(yù)測(cè)功能，并增加可以提高電池壽命的技術(shù)；在電池安全方面要開展多級(jí)安全監(jiān)控技術(shù)研究，保障梯次電池儲(chǔ)能的安全性[20]。張學(xué)梅等提出通過再生利用工藝，定向制備動(dòng)力電池正極材料，形成閉路循環(huán)。該方法不僅能緩解我國礦產(chǎn)資源壓力，還能有效避免我國礦產(chǎn)資源被國外壟斷的尷尬局面，以此推動(dòng)新能源汽車行業(yè)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展[21]。

在實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的重大戰(zhàn)略決策下，發(fā)展新能源汽車電池技術(shù)是當(dāng)今多數(shù)學(xué)者的研究方向。如今國內(nèi)應(yīng)當(dāng)學(xué)習(xí)國外電池回收先進(jìn)技術(shù)，加快產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)的研發(fā)，重視建立完整高效的回收體系，政府也應(yīng)給予相應(yīng)政策支持，擴(kuò)大國內(nèi)新能源汽車電池行業(yè)在國外的競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)新能源汽車行業(yè)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展。

3 總結(jié)

汽車電池回收主要分為梯次利用和再生利用兩類，梯次利用模式是目前大多數(shù)學(xué)者研究的主流。由于汽車電池中含有大量有價(jià)值的金屬元素，因此，在回收廢舊汽車電池方面也不能忽視對(duì)再生利用模式的關(guān)注。

本課題主要從新能源汽車電池回收的影響因素、回收現(xiàn)狀、面臨困難及發(fā)展策略和發(fā)展趨勢(shì)等方面進(jìn)行研究。其影響因素中大多數(shù)研究停留在政策以及技術(shù)層面上，重復(fù)度高，創(chuàng)新性不足；在回收現(xiàn)狀方面都統(tǒng)一存在技術(shù)問題挑戰(zhàn)著科學(xué)界的問題；關(guān)于發(fā)展中遇到的問題，主要存在電池拆解難，回收利潤低，不合規(guī)小作坊多，缺乏對(duì)某一具體企業(yè)進(jìn)行研究等問題。各企業(yè)應(yīng)著重在技術(shù)領(lǐng)域、回收體系方面進(jìn)行創(chuàng)新。學(xué)者們可以將研究領(lǐng)域滲透到具體企業(yè)中，不僅可以增強(qiáng)實(shí)證分析，還能為其他企業(yè)提供寶貴經(jīng)驗(yàn)，為實(shí)現(xiàn)新能源汽車電池回收可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

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Review of Research on Battery Recycling for New Energy Vehicles

CHEN Bingyu

( School of Mathematics and Physics, Shanghai Electric Power University, Shanghai 200070, China )

In recent years, despite the continuous development of new and renewable energy, fossil fuels are still the main energy used by human beings, which leads to huge global carbon emissions and great damage to human environment. As a new energy vehicle after fuel vehicles, it plays a positive role in energy saving and emission reduction and achieving the goal of "carbon neutrality". The state has given strong support on the industry of new energy vehicles in terms of policy. As a new industrial mode, although new energy vehicles are the focus of development, there are still many problems in the battery recycling of new energy vehicles, which attract a large number of scholars to participate in the topic of battery recycling. The development potential of new energy vehicles is huge, and the research on the direction of battery recycling is also deepening. This paper reviewed the development history of new energy vehicles, sorted out the new energy vehicles battery recycling methods and problems, and gave corresponding suggestions, hoping to help the future scholars.

Battery recycling; Power Battery; New energy vehicles; Literature review

U469.7

A

1671-7988(2023)19-189-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.019.037

陳炳諭（2002－），男，研究方向?yàn)閼?yīng)用物理，E-mail:1211754626@qq.com。