一、前言

新能源汽車發(fā)展趨勢強(qiáng)勁，不管“十二五”還是“十三五”，新能源汽車都是我國由汽車大國向汽車強(qiáng)國轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時期。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2018年新能源汽車的銷售量應(yīng)該在50~60萬輛，按照國家規(guī)劃，到2020年新能源汽車保有量達(dá)到500萬輛是非?，F(xiàn)實(shí)的數(shù)字。新能源汽車的核心部件是動力鋰電池，新能源汽車對動力鋰電池的報廢標(biāo)準(zhǔn)是電池容量低于80%，這也就意味著3~5年就要更換一次動力鋰離子電池。2020年純電動乘用車和混合動力乘用車的動力鋰離子電池報廢量將達(dá)到17萬噸，廢棄動力鋰離子電池回收已成為行業(yè)關(guān)注焦點(diǎn)。

20世紀(jì)90年代以來，隨著鋰離子電池廣泛應(yīng)用，我國成為世界上最大的鋰離子電池生產(chǎn)、消費(fèi)和出口國。特別是近年來我國出臺了購置補(bǔ)貼、稅費(fèi)減免、研發(fā)支持、消費(fèi)優(yōu)惠、基礎(chǔ)設(shè)施等一系列重大政策措施，新能源汽車市場日益蓬勃發(fā)展。工業(yè)和信息化部公布，2016年我國新能源汽車銷量達(dá)到50.2萬輛、保有量超過100萬輛，占全球市場保有量的50%，到2020年累計產(chǎn)銷量將超過220萬輛。

圖1我國市場新能源汽車銷售量(單位：萬輛)

隨著新能源汽車快速發(fā)展，作為新能源汽車的“心臟”，動力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)也在迅猛上升。按照相應(yīng)的報廢標(biāo)準(zhǔn)，動力鋰離子電池回收利用市場已經(jīng)形成。據(jù)鋰電大數(shù)據(jù)網(wǎng)專家分析，預(yù)計到2018年，我國動力鋰離子電池廢舊回收市場將初具規(guī)模，累計廢舊動力鋰離子電池超過12GWh、報廢量超過17萬噸，從中回收鈷、鎳、錳、鋰、鐵和鋁等金屬所創(chuàng)造的回收市場規(guī)模將超過53億元，到2020年將超過100億元，2023年廢舊動力鋰離子電池市場將達(dá)250億元。

圖2我國動力鋰離子電池報廢量(單位：GWh)

同時，這些廢舊動力鋰離子電池拆解過程也會出現(xiàn)廢氣、廢液、廢渣等污染，一旦有機(jī)電解液和鈷、銅、鎳等重金屬物質(zhì)滲入水和土壤之中，就會帶來生態(tài)環(huán)境安全隱患，甚至?xí)＜叭祟惤】怠＜偃绮粚U舊動力鋰離子電池進(jìn)行必要的回收和處理，不僅會造成資源浪費(fèi)，也會對環(huán)境造成一定污染。因此，加快動力鋰離子電池回收利用迫在眉睫，成為影響新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重大課題。

二、行業(yè)現(xiàn)狀

2016年，全國生態(tài)文明建設(shè)工作推進(jìn)會強(qiáng)調(diào)，建立綠色循環(huán)低碳發(fā)展產(chǎn)業(yè)體系，習(xí)總書記和李克強(qiáng)總理對此都作了重要批示。近幾年，我國先后出臺了《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020)》、《有關(guān)加快新能源汽車推廣應(yīng)用的指導(dǎo)意見》、《電動汽車動力蓄電池回收利用技術(shù)政策(2015年版)》、《新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業(yè)規(guī)范條件》、《新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業(yè)規(guī)范通告管理暫行辦法》等多項(xiàng)政策文件，要求加強(qiáng)動力鋰離子電池梯級利用和回收管理、研究制定動力鋰離子電池回收利用政策、建立健全廢舊動力鋰離子電池循環(huán)利用體系、加強(qiáng)行業(yè)管理與回收監(jiān)管等，像上海、深圳等地政府也在積極探索相關(guān)內(nèi)容，但動力鋰離子電池回收利用問題尚未真正有效落實(shí)。目前面對的重要問題有：

1、退役電池較為復(fù)雜，不易拆解

廢舊動力鋰離子電池包括不同的類型、設(shè)計工藝和串并聯(lián)成組形式，以及多樣化服役時間、應(yīng)用車型和使用工況。這導(dǎo)致電池拆解不便。自動化拆解對生產(chǎn)線的柔性配置要求較高，處置成本過高;而手工拆解影響電池回收成品率，也易造成電池短路、漏液，可能會導(dǎo)致起火或爆炸，造成人身財產(chǎn)損失。

2、退役電池一致性差，品質(zhì)不高

廢舊動力鋰離子電池再利用須經(jīng)過品質(zhì)檢測，包括安全性評估、循環(huán)壽命測試等，將電芯分選分級，再重組后才可再利用。否則，一致性無法保障。但這些測試設(shè)備、測試費(fèi)用、測試時間、分析建模等都會新增成本。假如一些問題電池沒被檢驗(yàn)出來而再次被使用，還會新增整個電池系統(tǒng)的安全風(fēng)險。

3、回收拆解成本較高，盈利點(diǎn)低

國內(nèi)尚未建立成熟的回收體系，動力鋰離子電池回收產(chǎn)業(yè)也未形成規(guī)模效應(yīng)，由于回收工藝成本高，投入超出電池價值。據(jù)我國電動汽車百人會供應(yīng)的資料，某公司回收處理1噸廢舊磷酸鐵鋰動力鋰電池的成本為8540元，而再生材料收益僅為8110元，虧損430元。用于儲能也不具備經(jīng)濟(jì)性。據(jù)我國科學(xué)電力研究院數(shù)據(jù)，2015年鋰離子電池儲能綜合度電成本為0.73元/kWh，而鉛炭電池、抽水蓄能度電成本接近0.4元/kWh。

4、回收政策缺乏監(jiān)管，執(zhí)行不到位

盡管我國出臺政策文件，確定生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度，明確了新能源汽車生產(chǎn)公司、動力蓄電池生產(chǎn)公司、梯級利用電池生產(chǎn)公司、報廢汽車回收拆解公司等責(zé)任，但由于政策并不具有強(qiáng)制性，且缺乏明確的獎懲機(jī)制，加上動力鋰離子電池回收再利用經(jīng)濟(jì)性不高，目前動力鋰離子電池相關(guān)主體無利可圖，對政策執(zhí)行積極性不高。

三、技術(shù)分析

1.干法技術(shù)

干法是將鋰離子電池還原焙燒分離出鈷、鋁，浸出分離鈷和乙炔黑。

從廢舊鋰離子二次電池中回收鈷等的技術(shù)，其工藝為先將電池焚燒，再篩選去鐵和銅后，將殘余粉加熱并溶于酸中，用有機(jī)溶劑萃取可提出氧化鈷。

先把廢舊鋰離子電池破碎，再進(jìn)行熱處理，將可燃材料變?yōu)闅怏w，留下LiCoO2。在恒溫水浴中，加入硝酸、雙氧水溶解LiCoO2，使得Co和Li的浸出率均達(dá)到90%。干法工藝相對簡單，易于工業(yè)化應(yīng)用，也是目前國內(nèi)市場上比較成熟的工藝。

圖3廢舊鋰離子電池干法處理工藝流程圖

2.濕法技術(shù)

濕法是以無機(jī)酸溶液將廢舊電池中的各有價成分浸出后，再以一定的方法加以回收。在80℃下用鹽酸浸出鋰離子二次電池正極料，Co、Li的浸出率均大于99%，之后用PC-288A(2-乙基己基磷酸-單-2-乙基己基醚)萃取Co，反萃取后以硫酸鈷形式回收鈷。再加入碳酸鈉溶液，生成碳酸鋰沉淀，回收率接近80%。

用酸浸出鋰離子電池正極廢料，往浸出液中加入兩性金屬，使Co2+變成Co，然后除去兩性金屬，獲得金屬Co。

先將電極材料在稀鹽酸中溶解，再調(diào)節(jié)pH=4，選擇性沉淀出鋁的氫氧化物，然后調(diào)節(jié)pH至10左右，使鈷、鎳生成氨的配合物，再通入O2把Co2+、Ni2+氧化，并將溶液通過離子交換樹脂，再用草酸鹽將Co和Ni沉淀下來。吳芳[7]采用堿溶解電池材料，預(yù)先除去約90%的鋁，然后采用H2SO4+H2O2體系浸出濾渣，浸出后的濾液中含有Fe2+、Ca2+、Mn2+等雜質(zhì)，用P2O4溶劑萃取得到鈷和鋰的混合液，然后用P5O7溶劑萃取分離鈷、鋰，反萃取后得到硫酸鈷，萃余液沉淀回收碳酸鋰，鋰的一次回收率為76.5%。

濕法工藝能耗也較大，且工藝流程長，對設(shè)備要求高，成本較高，資源回收率較低。

3.離子篩法處理鋰離子電池

2003年武漢理工大學(xué)發(fā)明了一種用λ-MnO2離子篩從廢鋰離子電池中分離回收鋰的新方法，當(dāng)年即被授予發(fā)明專利。步驟為：將電池解體去除外殼，將電池芯浸泡在鹽酸中使其充分溶解;調(diào)節(jié)體系的pH>10，過濾后得到含鋰離子的料液;用λ-MnO2離子篩處理料液，對鋰離子進(jìn)行選擇性吸附分離，然后用鹽酸對吸附在離子篩中的鋰離子進(jìn)行洗脫，蒸發(fā)洗脫液得到氯化鋰，向洗脫液中加入Na2CO3，加熱濃縮后得到碳酸鋰沉淀。

4.生物浸出工藝

所謂微生物浸出工藝就是用微生物將體系中有用組分轉(zhuǎn)化為可溶化合物并選擇性地溶解出來，得到含金屬的溶液，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)組分與雜質(zhì)組分分離，最終回收有用金屬的技術(shù)。

與傳統(tǒng)電池回收技術(shù)相比，生物浸出有基建投資少、操作成本低、對環(huán)境的污染小等優(yōu)點(diǎn)。但這是一個比較新的課題，還有去多問題要解決，如菌種的選擇與培養(yǎng)，浸出條件的控制，金屬的生物浸出機(jī)理等。

四、建議

1.研究電池標(biāo)準(zhǔn)化并落實(shí)可追溯體系

加強(qiáng)對動力鋰離子電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計、連接方式、工藝技術(shù)、集成安裝等標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行研究，盡快制定動力鋰電池編碼強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，將可追溯系統(tǒng)與新能源汽車產(chǎn)品通告管理掛鉤，確保電池全生命周期信息記錄，提高檢測評估的便利性和準(zhǔn)確性。

2.加大電池回收再利用關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)

加大對廢舊鋰離子電池拆解、重組、測試和壽命預(yù)測等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)，提高其技術(shù)成熟度和生產(chǎn)過程的安全性。同時，提高電池拆解、重組及回收技術(shù)的自動化水平和回收效率，使動力鋰離子電池回收再利用具有經(jīng)濟(jì)可行性和安全性。

3.制定和執(zhí)行動力鋰電池回收獎懲措施

制定動力鋰離子電池回收再利用激勵執(zhí)行細(xì)則，建立賞罰機(jī)制。比如，對未按照回收政策履行責(zé)任義務(wù)的公司進(jìn)行懲罰，對電池回收公司和電池再利用公司按照電池套數(shù)、容量等方式進(jìn)行補(bǔ)貼，實(shí)行稅收優(yōu)惠，確?；厥赵倮霉镜慕?jīng)濟(jì)性;對消費(fèi)者可采用押金和獎勵并行的制度，培養(yǎng)消費(fèi)者動力鋰電池回收的意識。

4.鼓勵商業(yè)模式創(chuàng)新試點(diǎn)和推廣應(yīng)用

積極創(chuàng)新商業(yè)模式，積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)后對具有推廣價值的循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式進(jìn)行復(fù)制。落實(shí)動力鋰離子電池回收再利用體系建設(shè)，并利用補(bǔ)貼機(jī)制和優(yōu)惠政策，提高公司和消費(fèi)者的積極性，但防止一些投機(jī)公司為了補(bǔ)貼跟風(fēng)進(jìn)入這個行業(yè)，形成公平和良性的競爭機(jī)制，以有利于產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

五、結(jié)論

鋰離子動力鋰電池的應(yīng)用日益廣泛，廢舊的鋰離子動力鋰電池會對自然環(huán)境與人類健康造成極大地威脅與危害，而豐富的可再利用資源也讓人們?yōu)橹痼@。面對廢舊鋰離子動力鋰電池所帶來的困擾，就如何針對性地建立鋰離子電池回收體系，確定政府、生產(chǎn)廠商、銷售商在回收體系中的關(guān)系，如何確保鋰離子電池的使用周期與壽命等方面提出一系列的解決方法與建議，致力于更好地實(shí)現(xiàn)廢舊鋰離子動力鋰電池的回收再利用。