动力电池回收利用研究.docx

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动力电池回收利用研究

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动力电池是新能源汽车的关键零部件，随着新能源汽车的逐步产业化，动力电池随着新能源汽车销量的突飞猛进，保有量也将会呈几何级数增长。随之带来的安全、环保和资源问题将日益显现：一方面，用于动力电池生产的镍、钴、稀土等资源在自然界的可供开采量很有限；另一方面，废旧动力电池如处理处置不当还会带来人身安全和严重的环境污染问题。为最大化利用动力电池的剩余性能及电池材料，最小化安全风险和环境污染，对新能源汽车上退役的动力电池进行合理的回收利用非常必要。

一动力电池回收利用的方式

动力电池回收利用按照阶段不同可分为两种方式，一种是以电池形式继续使用的梯级利用方式，另一种是以回收电池中有价金属和金属盐为目的的资源化利用方式。

（一）梯级利用

一般情况下，当动力电池只能充满不足原有电量80%的时候，就不适合继续在新能源汽车上使用了。而此时动力电池仍具有较高的能量，如将其直接报废进行回收处理，势必会造成资源的浪费。因此，退役的动力电池模块经检测，在电池模块没有损坏、功能元件有效的前提下可进行梯级利用，如可用于各种储能装置，也可用于电工、电气照明，或用于高尔夫球车、短距离场地用车、游览车等。通过梯级利用，可以让动力电池的剩余能量得到充分发挥。同时，动力电池的梯级利用也可以降低动力电池的一次采购成本。

梯级利用虽然是对车用动力电池退役后最高效的一种利用方式，但受限于电池模块结构设计、废旧电池检测和筛选技术、用户需求等各种因素限制，目前还未实现大规模的产业化应用。

（二）资源化利用

动力电池正负极活性物质通常含有镍（Ni）、钴（Co）、锰（Mn）、锂（Li）及稀土元素（RE）等金属，其集流体、极耳、外壳也均需金属件（主要是铁、铝、铜等），因此废旧动力电池进行材料资源化利用的价值较高。以价值较高的正负极材料为例，不同类型动力电池金属含量也各不相同，镍氢与锂离子动力电池正负极关键金属含量占比如表1所示。

表1典型动力电池的关键金属含量比例

动力电池资源化利用技术与消费类小型镍氢电池和锂电池的资源化利用技术差别不大，只是在前端多了动力电池系统及电池模组的拆解过程，最终的资源化利用和处理方法大致有四类：火法冶金、湿法冶金、机械法和生物法回收技术。目前产业界运用较多的是前三种技术。为了达到较好的资源回收率，企业通常会采取两种或三种技术配合使用。典型的几种电池资源化利用技术的不同点见表2。

表2典型电池资源化利用技术优缺点

1.火法冶金

火法冶金首先需要对废旧电池进行分类、拆解和破碎，然后进入焙烧炉，利用高温焙烧将不同熔沸点的元素控温蒸发，使目标材料组分冷凝回收，采用火法冶金主要是将废旧电池中的贵重金属以合金的方式进行回收。

2.湿法冶金

湿法冶金也是首先将废旧电池分类、拆解、破碎后，置于专门的浸取槽中，加入酸、碱溶液将目标金属浸出，然后过滤残渣。针对不同金属离子的化学性质，使用萃取剂、沉淀剂等从滤液中分离出多种金属。湿法冶金过程是靠创造条件来控制物质在溶液中的稳定性，来实现金属回收。

3.机械法

机械法是根据不同物质在密度、导电性、磁性和韧性等方面存在的差异性来回收废旧电池材料，主要包括电池拆解、破碎、材料分选等技术。机械法通常作为废旧电池资源化利用的前处理技术与火法冶金或湿法冶金配合来达到不同材料的有效分离和回收。

4.生物法

生物法是指利用自然界中一些微生物直接作用或利用其代谢产物的间接作用于废旧材料，产生氧化、还原、络合、吸附或溶解作用，将固相中不溶性成分（如重金属、硫及其他金属）进行分离和提取的一种技术。

二国外动力电池回收利用产业发展现状

（一）国外动力电池梯级利用发展现状

国外企业和研究机构已针对动力电池梯级利用开展了大量的研究和实践。德国宝马汽车公司至今已对超过1600辆电动汽车使用过的动力电池进行了梯级利用，这些旧电池被重组后利用到智能微电网及电力公司储能电站等领域，这些梯级利用的项目主要在欧洲和美国实施。经过几年的实践，目前宝马公司在设计阶段就考虑电池包、电池模块的可扩展性和灵活性，使电池储能应用在技术上和经济上更可行。

加州大学戴维斯分校的混合电动汽车研究中心研究和分析了4～5个电池梯级利用领域对电池性能的具体要求，建立了动力电池整体价值（包括梯级利用领域的价值）评价方法体系，该评价体系从经济和技术两方面估算锂离子电池在电动汽车上应用和动力电池退役后在梯级利用领域中的总价值。通过对电池整体价值的评估，可以提出最优化的设计和应用方案。美国西北太平洋国家实验室研究了动力电池在电网系统中二次利用的经济效益问题，通过对在电动汽车上使用和在电网系统二次利用的经济收益进行模拟计算，评估动力电池在电网系统梯级利用的经济效益。通用汽车公司与瑞