鉅大LARGE | 點擊量：1414次 | 2021年11月11日
張剛：廢舊磷酸鐵鋰動力鋰電池無害化與高值化回收利用
九月九日，第二屆儲能電池技術發(fā)展方向研討會在京召開。
本次會議由我國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應用分會與我國科學院電工研究所儲能技術研究組聯(lián)合主辦，北京好風光儲能技術有限公司、浙江南都電源動力股份有限公司、中天儲能科技有限公司、長興太湖能谷科技有限公司及合肥博澳國興能源技術有限公司等單位聯(lián)合支持。
中天新興材料有限公司副總經理張剛出席了本次會議，并發(fā)表了題為《廢舊磷酸鐵鋰動力鋰離子電池無害化與高值化回收利用》的報告，以下為演講全文：
張剛：各位領導、各位專家大家好！我是來自于中天新興材料的張剛，很榮幸有這個機會跟大家分享有關磷酸鐵鋰離子電池回收與材料再造方面的一些心得。下面我將從四個方面介紹這項工作，早期國內的鋰離子電池重要還是在動力鋰離子電池和3C上應用，而在儲能領域的應用與推廣重要集中在近幾年。所以我們的研究背景重要還是針有關動力鋰離子電池的發(fā)展來進行。自巴黎協(xié)定簽訂以來，世界上已有7個國家明確公布了燃油車退出時間表，最近日本提出的時間是在2050年，荷蘭是在2025年，同時，各大車企陸續(xù)出臺燃油車停產或停手時間表。其中，沃爾沃和瑪莎拉蒂提出2019年即開始停止生產燃油車。
我國新能源汽車發(fā)展比較迅猛，根據(jù)新能源汽車發(fā)展規(guī)劃2012-2020年規(guī)劃，我們目標是2020年純電動汽車和混動汽車產量達到200萬輛/年，累計銷售量500萬輛。截至2017年底我們國家新能源車保有量是180萬輛，2018年一月-六月，新能源車產量約48萬輛。另外從籌建和新建的電動汽車產量公開報道來看，現(xiàn)在的產量已經遠遠超過了這個目標，大概在2000萬輛。
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-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
一般我們認為動力鋰離子電池壽命是在4-6年，從動力鋰離子電池大規(guī)模應用應該是2013年，從規(guī)?；瘧迷陔妱悠嚿厦鎽?，從時間點來看的話，2018年動力鋰離子電池進入集中報廢期。2025年有50萬噸報廢量。從電池使用順序來看的話，第一批和第二批退役的電池重要以磷酸鐵鋰離子電池為主。
鋰離子電池報廢會帶來環(huán)境污染問題和資源緊缺問題。早從2013年開始國家其實已經針對鉛酸電池和鋰離子電池動力型的蓄電池出臺各項管理政策，2018年二月工信部已經公布了新能源汽車動力鋰離子電池回收暫行辦法，2018年三月工信部等七部門推行“17地區(qū)+1國企”形式的新能源車汽車動力蓄電池回收利用試點工作。2018年七月，工信部正式啟動了這個新能源汽車國家監(jiān)測與動力蓄電池回收利用管理平臺。在這個公布會上也首次公布了首批符合新能源廢舊動力蓄電池綜合利用行業(yè)規(guī)范條件，第一批有五家公司入圍新能源動力蓄電池回收公司白名單。新能源動力蓄電池回收利用管理暫行辦法，我們認為它的核心就是生產者責任延伸制度，明確電動汽車生產公司作為主體，但是也鼓勵多種形式來提高我們這個回收的網絡運行效率。
廢舊電池回收工藝大家應該都很熟悉了，一般是火法和濕法，火法的優(yōu)點工藝比較簡單，缺點資源利用率點。濕法大部分回收公司采用的方法，這個方法優(yōu)點可以直接一步制備出前驅體或硫酸鹽產品。北京賽德美開發(fā)的全物理法工藝，重要針對磷酸鐵鋰離子電池，在“十三五”規(guī)劃和重點專項里面也有提及。即在不進行大規(guī)模化學溶解實驗以后，不破壞磷酸鐵鋰結構，實現(xiàn)材料的降級使用。這里給大家重點分享一下水熱法，其原理就是將退役電池的三元材料提取出來，通過簡單的水熱反應和短暫的高溫燒結實現(xiàn)材料再生，通過處理以后能夠保持原有的形貌，顆粒尺寸，其中鋰元素得到補充。
這個是它的工藝流程圖，他們這種方法相比傳統(tǒng)濕法來看的話，成本和環(huán)保優(yōu)勢很明顯。同樣這個我們也可以借鑒在磷酸鐵鋰的回收新工藝開發(fā)。
國內新能源汽車生產及回收產業(yè)鏈，報廢回收和再利用公司非常多。傳統(tǒng)電池回收模式就是一個舊電池回收拆解，分解重組，分別進行梯級利用和直接交給金屬提煉公司。現(xiàn)在市場上還出現(xiàn)了一些新的模式，如探索梯次利用動力蓄電池金融租賃模式，探索以舊換新，補貼回購等回收模式，探索廢料換原料定向回收模式，探索建立動力鋰離子電池預付融資回收模式，探索動力鋰離子電池押金預付模式。
這些是我們國內現(xiàn)在做電池回收主流公司，其中格林美和邦普是目前國內鋰離子電池回收的代表公司。以下這些是我們國內做梯次利用比較好的公司。
廢舊磷酸鐵鋰離子電池回收與再生工藝重要包括兩個部分，一是材料前處理，二是材料再生合成。我們重要從下面六個方面闡述這個工藝。在安全放電之前研究廢舊電池智能化拆解，因為現(xiàn)在大家了解鋰離子電池簡單破碎很容易會爆炸，同時破碎后會把多種物質混合在一起，為后面元素提純新增難度。我們前期也做了一些智能化拆解研究，希望在下一次報告介紹這種技術。
我們研究安全放電時發(fā)現(xiàn)存在電壓回彈的問題，電壓看上去已經降到了零點幾伏，放了一兩個小時以后，發(fā)現(xiàn)有時候又回彈到兩伏，對這些問題我們研究了放電時間、鹽溶液濃度與它的反彈電壓關系。第二個有關廢舊卷芯的高溫焙燒技術，這個可能會要犧牲部分集流體。第三個是正極活性物質的高效浸出工藝技術，重要就是把里面的前期氧化的銅跟鋁、磷酸鐵鋰溶解出來。我們發(fā)現(xiàn)經過這個工藝以后，鐵和磷浸出率到100%。第四個技術是浸出液高效除雜凈化工藝技術，即將浸出液中銅、鋁雜質去除。銅的話采用鐵粉置換。至于鋁的話會比較麻煩一點，前期是考慮用鐵粉來處理，但是用鐵粉處理的話，鋁的濃度最終還有30mg/L，達不到我們一個要求，所以我們后來又萃取，但是發(fā)現(xiàn)萃取的話也比較困難，所以我們最后采用無機有機聯(lián)合法將鋁濃度降低5.65mg/L。第五是磷酸鐵再造技術，通過往除雜母液中補磷，最后得到想要的磷酸鐵，即磷酸鐵鋰的前驅體。這個是我們制備的磷酸鐵指標，這些指標都符合行標和企標。最后是鋰高效回收工藝技術。我們做了這個磷酸亞鐵以后，廢液里面鋰的附加值還是比較高的。這個鋰的話我們做兩部分，假如單純用碳酸鈉回收鋰的話只有90%左右回收率，后來我們用磷酸納繼續(xù)與鋰反應得到磷酸鋰，同時將其返回到母液里富集，這樣鋰的回收率可以達到98.9%。這個項目完成情況是：銅和鋰的回收率達到99%，鋰的回收率達到98.9%，制備的磷酸鐵符合行業(yè)標準，同時正在建設一條100噸級磷酸鐵鋰廢舊電池回收中試線。
從去年年底到現(xiàn)在，磷酸鐵鋰價格存在一個很大的下降，即從去年十二月份九萬/噸降低到目前的6-7萬/噸。怎么樣來回收磷酸鐵鋰，可能有關我們以后磷酸鐵鋰離子電池發(fā)展非常重要。假如在磷酸鐵鋰材料維持這么低價格情況下，要尋找更便宜環(huán)保的方法進行報廢電池處理，如美國用水熱法回收材料。另外磷酸鐵鋰離子電池假如真正想健康的發(fā)展，前期要國家相關部門的一些指導和支持，尤其是在電池回收領域，現(xiàn)在的電池回收大家更多是把電池作為一種資源在賣，而不是作為廢物付費給回收公司進行處理。假如作為資源賣的話，車廠應該從回收公司拿到錢，但是假如作為廢物的話，回收公司從車廠拿錢，所以這個關系怎么轉變，可能有待于國家有關部門研究相關政策引導。
最后我想感謝工信部綠色制造系統(tǒng)集成項目資助，同時感謝我們團隊，中南大學李劼教授團隊的支持，我的報告到這里，謝謝。
