新能源汽車動力電池回收利用的現狀及建議

陳益慶,查文珂,張 希,USAPORN Swekwi

(1.廣安職業技術學院智能制造與汽車工程學院,四川 廣安 638000;2.蘭實大學工程學院,泰國 巴吞他尼 12000;3.安徽科技學院機械工程學院,安徽 滁州 233100)

隨著新能源汽車產銷量的增加,動力電池的安全、環保、高效使用成為討論的熱點,廢舊動力電池的拆解和回收利用是研究熱點之一。陳佳[1]以安全性和經濟效益綜合最大化為目標,提出基于機器學習的廢舊動力電池安全拆解工藝路線優化方法;楊夢華等[2]利用VOSviewer 軟件可視化分析了483 篇相關文獻,梳理目前廢舊電池回收的關鍵研究集中于回收方式、回收技術、回收模式等方面,為回收工作安全高效進行提供參考。針對動力電池環保和回收效率的問題,E.C.Wang 等[3]從政府政策角度分析了政府補貼對動力電池回收企業、消費者的影響,并建議政府補貼對象范圍應從目前的回收處理企業逐步擴大到消費者;Z.F.Zhang 等[4]比較分析了不同政府獎懲機制(RPM)在動力電池回收利用領域的影響,提出政府應同時對整車企業和動力電池制造商實施RPM,以使閉環供應鏈中的所有成員都可以從RPM 中受益,提高動力電池回收效率。

探討汽車動力電池的回收利用問題,研究相關政策,對促進汽車產業的健康可持續發展具有重要意義。本文作者分析發展動力電池回收產業對我國環境、資源、經濟等方面的積極作用,針對新能源汽車動力電池回收利用存在的主要問題,提出針對性的對策建議,供有關部門和企業參考。

1 動力電池回收利用的積極作用

1.1 綠色發展,應對環境污染問題

廢舊動力電池可能會對環境造成負面影響,例如,正極材料中的重金屬在拆解過程中會與水、酸等反應,生成有害金屬氧化物,負極材料會引起粉塵污染,隔膜會導致氟污染,電解質遇水會分解產生HF 等有害物質,電解液溶質和黏結劑燃燒會產生CO2、醛等有機污染物等[5]。需要完善廢舊動力電池的回收處理流程,避免造成更嚴重的環境污染問題。

1.2 變廢為寶,緩解資源短缺壓力

再生資源、廢舊物資循環利用對我國構建節約型社會意義重大。新能源汽車動力電池以磷酸鐵鋰和三元正極材料鋰離子電池為主,其中包含大量金屬,如鋰、鈷、鎳、錳等。根據有關部門發布的《全球鋰、鈷、鎳、錫、鉀鹽礦產資源儲量評估報告(2021)》顯示,截至2020年,全球鋰礦、鈷礦、鎳礦資源量分別為3.49 億噸、2 344 萬噸、2.6 億噸,開采儲量分別為1.28 億噸、668 萬噸、9 063 萬噸,其中,澳大利亞、印度尼西亞等國資源較為豐富。從消費端看,2020年全球鋰、鈷、鎳的消費量分別為40 萬噸、17 萬噸、240 萬噸[6]。若能從每年數十萬噸的退役動力電池中提煉出這些金屬并循環利用,可緩解我國金屬資源供應壓力。

1.3 產業升級,助力社會經濟發展

動力電池作為汽車的動力源,成本占整車的40%～60%,產業良性發展,對整個汽車市場都會有顯著影響。2017-2022年,我國新能源汽車產銷量持續保持增長態勢,截至2023年6月,全國新能源汽車保有量已超過1 500 萬輛[7]。同樣,動力電池產銷量整體保持強勁增長,2023年1-3月,中國動力電池累計銷量達108.5 GW·h,同比增長66.8%。國內重點企業營收情況均實現了高增長,如比亞迪2022年年度營業收入突破4 200 億元,凈利潤達160 多億,比2021年同期增長425.42%;寧德時代2022年凈利潤達191 億元,比2021年同期增長82.66%;天齊鋰業更為突出,實現歸屬于上市公司股東的凈利潤達231 億元,比2021年同期增長1 011.19%[8]。據預測,到2027年我國動力電池回收市場規模將達1 300 億元,5 a 復合年增長率達29%[9]。升級動力電池產業鏈,能夠有效助力社會經濟的快速發展。

2 動力電池回收利用現狀

2.1 政策分析

近年來,國家高度重視動力電池回收利用產業發展,圍繞退役動力電池回收責任、回收網點建設、資源平臺搭建以及行業規范等方面出臺了系列政策制度。2018年2月,工信部等聯合印發《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》[10],實行生產者責任延伸制度。2019年11月,工信部印發《新能源汽車動力蓄電池回收服務網點建設與運營指南》[11],要求新能源汽車生產及梯次利用相關企業建立回收服務網點,相關企業可共享回收服務網點。2020年3月,工信部印發《新能源汽車動力蓄電池梯次利用管理辦法》[12],鼓勵梯次利用企業與新能源汽車生產、動力蓄電池生產、報廢機動車回收拆解等企業合作,加強信息共享,高效利用現有回收渠道。2022年2月,工信部等聯合印發《關于加快推動工業資源綜合利用的實施方案》[13],要求完善廢舊動力電池回收體系,健全管理體系。2022年12月,工信部公布《新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業規范條件》企業名單(第四批)[14],公示了第四批動力電池綜合利用企業名單,共包含17 省市41 家企業,旨在通過優秀企業示范引領作用激發市場活力。雖然相關政策與標準陸續頒布,但從電池回收利用市場的反饋來看,仍然存在以下幾個方面的問題[15]:①政策標準更新滯后,缺乏具體實施細則,部分政策難以實施或實施效果不佳;②環境治理成本高,傳統企業掙扎在“高投入、低產出、低盈利”的困境中,對回收利用關鍵技術及工藝研發的投入力度不夠;③宣傳力度不夠,民眾對廢舊動力電池的危害認識不足,環保意識不強。

2.2 模式分析

目前,在生產者責任延伸制度下,電池生產企業、行業聯盟及第三方回收利用企業是汽車廢舊動力電池回收利用的主體,回收模式正是圍繞這些主體展開構建的[16]。這種回收利用模式存在明顯的局限性。動力電池生產企業回收技術難度小,但回收能力有限,回收渠道少,資金壓力大;行業聯盟影響力大,但對聯盟成員企業間的協作水平要求較高,目前尚未建立相應的體系;第三方回收企業回收網絡較暢通,但技術參差不齊,再造質量難以保證[17]。傳統模式已無法適應產業發展需求,急需升級與完善。動力電池回收模式及其缺點分析見表1。

2.3 技術分析

目前,廢舊動力電池回收利用處理技術可分為兩類:浸出回收技術和煅燒浸出相結合的回收技術。常用的回收方法有濕法冶金法和火法冶金法。濕法冶金法是在溶液體系中完成金屬元素的浸出、富集與提取,工藝流程復雜冗長,回收的電解液及浸出殘液易造成二次污染,回收成本高;火法冶金法通過冶煉、煅燒等過程回收鎳、鋅等重金屬,回收效率較高,但空氣參與作業易造成二次污染,工藝技術要求高,前期投入大,能耗高。在追求環保、節能、高效的產業發展形勢下,傳統單一的動力電池回收利用方法或技術工藝已無法滿足企業發展需要。為實現動力電池高效回收,急需結合電池的材料、特性和結構,對回收系統和技術進行升級[18]。

3 動力電池回收利用對策建議

3.1 健全法律法規

政策標準先行,為行業發展保駕護航。首先,需要健全相關法律法規,強化政策執行力度,為動力電池回收企業提供法律支持。在開展相關政策制訂工作時,應緊密結合動力電池綜合利用的研發方向、成果應用、規范管理等內容,確保從電池研發生產到回收利用的關鍵環節都有法可依。其次,應充分發揮政府的宏觀調控作用,基于國家動力電池回收利用標準體系框架,從實際應用場景、退役動力電池特性、經濟效益和安全性出發,完善從國家標準、行業標準到企業標準的不同層面標準體系建設,同時加強政策上的鼓勵、經濟上的補貼、技術上的扶持;此外,還應加大宣傳力度,政府主管部門和相關單位在廢舊動力電池回收利用監管過程中,應聯合多平臺,采取多種形式開展動力電池回收主題宣傳,充分發揮政府和龍頭企業的引領示范作用,加強對電池回收利用方法和相關法律法規的科普宣傳,不斷強化消費者和相關主體對廢舊動力電池回收利用的認識。

3.2 完善回收體系

完善回收體系,充分激發市場活力,需要構建“1+1+N”多元化動力電池回收利用模式。其中,第一個“1”代表政府主管部門;第二個“1”代表動力電池回收網絡共享平臺;“N”代表包含新能源汽車生產企業、動力電池生產企業、動力電池回收利用資源再生企業及消費者在內的所有主體,覆蓋動力電池的完整生命鏈。在整個電池回收體系中,各責任(參與)主體角色應找準自身定位,明確職責分工,如表2所示。

表2 責任主體在回收體系中的角色及責任分工Table 2 Role and division of responsibilities of responsible subjects in the recovery system

從表2 可知,在政府主管部門的宏觀引導下,依托網絡信息技術共享平臺,可打通動力電池的流通鏈和回收鏈,實現動力電池生產-消費者-回收利用的全鏈條閉環。該模式可以解決當前動力電池回收模式中的渠道不暢通、技術標準不統一、市場主體活力不夠等問題。

3.3 升級關鍵技術

拆解回收是比較有前景的動力電池回收方式。拆解回收通過放電、切割、破碎、分離和提煉等工序回收廢舊動力電池中的金屬(主要是鎳、鈷、鋰),并對這些金屬進行再利用。企業可對動力電池包、電池模組、電池單體自動拆解技術進行升級,降低損耗,提高物理回收率;也可加大正、負極材料技術開發力度,配套使用定向循環技術提高回收率;還可升級動力電池健康狀態評估技術,提高評估結果準確度。當前濕法回收技術相對成熟,應用廣泛,國內的格林美、邦普循環及英國原子能管理局(AEA)、德國IME GmbH 等國際上的龍頭企業均采用濕法回收技術,回收鋰、鈷、鎳等金屬資源。另外,生物浸出技術具有污染小、成本低的特點,同樣具有較好的發展前景。

4 結論與展望

隨著新能源汽車產業快速發展,大量動力電池退役給行業帶來了巨大挑戰。在面臨環境、資源、經濟等多重壓力的情況下,政府、企業等不得不采取必要的措施予以應對。

加強動力電池回收利用有助于應對環境污染問題和緩解金屬資源短缺問題,促進新能源汽車和動力電池產業升級,助力我國經濟發展。當前,動力電池回收利用行業依然存在政策制度與技術標準滯后、回收利用體系不健全、市場主體活力不夠等問題。此外,動力電池回收技術工藝單一落后,回收流程冗長粗放,回收效率低,運營成本高,這些問題都會嚴重限制產業和企業的發展。

要實現動力電池綠色經濟高效回收,應健全法律法規,完善回收體系,改進回收利用技術。需要整合政府、企業、消費者等多方力量,通過政策扶持、體系保障、技術創新,最大限度激發市場活力,助力動力電池產業良性循環和可持續發展。