挪威的鋰離子電池回收廠正在建設(shè)中，最初將重點(diǎn)放在電動(dòng)汽車(chē)（EV）電池上，但其背后的公司首席執(zhí)行官表示，未來(lái)它還將能夠處理固定式儲(chǔ)能系統(tǒng)（ESS）的電池。

該工廠將于今年晚些時(shí)候開(kāi)業(yè)，年產(chǎn)能為8000噸EV電池模塊，由挪威材料加工公司Hydro和總部位于瑞典的鋰電池制造初創(chuàng)公司合資組建的合資公司Hydrovolt建造。

Hydrovolt首席執(zhí)行官FrederikAndresen說(shuō)道，他的公司很高興能夠“適當(dāng)啟動(dòng)”建設(shè)可再生動(dòng)力電池回收廠。Hydrovolt旨在回收幾種類(lèi)型的鋰離子電池。

合作伙伴Hydro和Northvolt已向該項(xiàng)目投資了1.2億挪威克朗（合1,394萬(wàn)美元），建造了一座自動(dòng)化程度高，可以粉碎和分類(lèi)電池的工廠。Hydrovolt還從挪威政府企業(yè)Enova獲得了4,350萬(wàn)挪威克朗的資金，該公司支持清潔能源和氣候計(jì)劃。電池將由Batteriretur提供，Batteriretur已從挪威各地收集和回收電池，并在Fredrikstad的新Hydrovolt工廠附近設(shè)有工廠。

Batteriretur也將運(yùn)營(yíng)該工廠，而Hydrovolt的運(yùn)營(yíng)將與Hydro和Northvolt的業(yè)務(wù)“緊密結(jié)合”：Northvolt目前正在瑞典和德國(guó)建設(shè)數(shù)十吉瓦時(shí)的電池制造能力，旨在服務(wù)于歐洲25％的發(fā)電量。鋰電池的總需求，主要包括汽車(chē)應(yīng)用，也包括固定應(yīng)用。

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同時(shí)，水力發(fā)電在肥料，鋁和水電等行業(yè)中已有100多年的歷史。水電將回收和再利用電池和電池組中的鋁，Hydrovolt將從濕法冶金加工產(chǎn)生的“黑塊”中吸收鈷，鋰，錳和鎳。然后，電池制造商將重新使用這些材料或?qū)⑵涑鍪邸?/p>

去年年底，有消息顯示日本電子制造商松下與水電和挪威國(guó)有多數(shù)股權(quán)的Equinor（原挪威國(guó)家石油公司）簽署了諒解備忘錄，以研究在挪威建立“綠色電池業(yè)務(wù)”的問(wèn)題。另一家新興公司FREYRBattery正在尋求在該國(guó)建立鋰電池超級(jí)工廠，并于今天表示，正尋求通過(guò)特殊目的收購(gòu)公司（SPAC）在紐約證券交易所上市。

“城市采礦”對(duì)于可持續(xù)電池行業(yè)至關(guān)重要

首席執(zhí)行官Andresen告訴Energy-Storage.news，挪威是世界上電動(dòng)汽車(chē)普及最快的國(guó)家之一，Hydrovolt“自然而然地從電動(dòng)汽車(chē)的電池和模塊開(kāi)始”。

Andresen說(shuō)：“挪威將是最早有使用壽命終止的EV電池可回收利用的電池市場(chǎng)之一。但是我們也可以從ESS和其他應(yīng)用中回收電池，例如從我們正在建設(shè)的設(shè)施中的海運(yùn)部門(mén)回收電池，并且我們還將利用可用容量從其他市場(chǎng)和部門(mén)采購(gòu)電池。”

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應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備

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安德森說(shuō)，人們期望儲(chǔ)能系統(tǒng)中電池的處理和回收“當(dāng)然會(huì)隨著時(shí)間的推移而顯著增長(zhǎng)”。

采訪者還詢(xún)問(wèn)是否可以將電池或從EV部門(mén)的電池中提取的材料用于固定式應(yīng)用，反之亦然。安德森說(shuō)：“從電動(dòng)汽車(chē)電池中提取的材料用于其他用途……這也是我們正在研究的領(lǐng)域。這可以是為電池生產(chǎn)提供純凈的回收材料，也可以是對(duì)電池中的某些組件進(jìn)行再利用。在挪威已經(jīng)進(jìn)行了一些重復(fù)利用的項(xiàng)目，那里有一定的潛力?！?/p>

Hydrovolt首席執(zhí)行官表示，歐盟采用新的電池法規(guī)將提高歐洲電池供應(yīng)鏈的責(zé)任感和透明度，并將引入有關(guān)材料可持續(xù)性和CO2排放的標(biāo)準(zhǔn)，這對(duì)于從一個(gè)電池中重新使用電池的總體價(jià)值主張至關(guān)重要。申請(qǐng)另一個(gè)。他說(shuō)，該法規(guī)還將在一定程度上支持重復(fù)使用。

“從環(huán)境的角度來(lái)看，城市采礦對(duì)于確保一次又一次地使用電池內(nèi)的材料至關(guān)重要，我們的目標(biāo)是發(fā)揮自己的作用，以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，”安德森說(shuō)。為了使Hydrovolt成為鋰離子電池的“一站式商店”，該首席執(zhí)行官表示，該設(shè)施可以在其他地方復(fù)制，該公司“將隨著時(shí)間的推移探索并考慮其他地點(diǎn)”。

我們對(duì)開(kāi)始建造可再生能源電池回收廠感到非常興奮。我們將利用2021年進(jìn)一步探索我們?nèi)绾螢镺EM和其他參與者提供支持，以實(shí)現(xiàn)二氧化碳友好型回收。

鋰離子電池的商業(yè)回收，包括用于第二次使用的重新包裝電池，預(yù)計(jì)將很快成為一項(xiàng)大生意，但到目前為止，Li-cycle在安大略省，加拿大和紐約的工廠是中國(guó)和美國(guó)以外唯一的商業(yè)回收工廠。韓國(guó)。

同時(shí)，對(duì)于歐洲的鋰電池制造業(yè)來(lái)說(shuō)，已經(jīng)過(guò)去了幾天，歐盟批準(zhǔn)了29億歐元（35億美元）的國(guó)家援助資金，供成員國(guó)用于支持其國(guó)家的項(xiàng)目，芬蘭剛剛宣布了一項(xiàng)國(guó)家電池戰(zhàn)略，以利用其境內(nèi)可用的原材料。

電池回收的重要性

隨著電動(dòng)汽車(chē)的普及開(kāi)始爆炸性增長(zhǎng)，曾經(jīng)為這些汽車(chē)提供動(dòng)力的一堆廢舊鋰離子電池也越來(lái)越多。業(yè)內(nèi)分析家預(yù)測(cè)，到2020年，僅中國(guó)就將產(chǎn)生約500,000噸廢舊鋰離子電池，到2030年，全球每年將達(dá)到200萬(wàn)噸。

如果目前處理這些用過(guò)的電池的趨勢(shì)保持不變，那么即使可以回收鋰離子電池，這些電池中的大多數(shù)也可能最終被填埋。這些流行的電源盒包含有價(jià)值的金屬和其他可以回收，加工和重復(fù)使用的材料。但是今天很少進(jìn)行回收。例如，根據(jù)澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織（CSIRO）的環(huán)境科學(xué)家NaomiJ.Boxall的說(shuō)法，在澳大利亞，只有2-3％的鋰離子電池被收集起來(lái)并送往海外進(jìn)行回收。歐盟和美國(guó)的回收率（不到5％）并沒(méi)有高得多。

“鋰離子電池回收還不是普遍公認(rèn)的做法有很多原因，”阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的LindaL.Gaines說(shuō)。蓋恩斯（Gaines）是材料和生命周期分析的專(zhuān)家，他說(shuō)原因包括技術(shù)限制，經(jīng)濟(jì)障礙，物流問(wèn)題和監(jiān)管差距。

所有這些問(wèn)題都變成了經(jīng)典的“雞與蛋”問(wèn)題。由于鋰離子電池行業(yè)缺乏進(jìn)行大規(guī)模經(jīng)濟(jì)回收的明確途徑，因此電池研究人員和制造商傳統(tǒng)上并不專(zhuān)注于提高可回收性。相反，他們致力于降低成本并提高電池壽命和充電容量。而且由于研究人員在改善可回收性方面僅取得了適度的進(jìn)展，因此相對(duì)較少的鋰離子電池最終被回收了。

確實(shí)得到回收的大多數(shù)電池都經(jīng)過(guò)類(lèi)似于采礦業(yè)中使用的高溫熔化和提取（或熔煉）過(guò)程。這些操作是在大型商業(yè)設(shè)施（例如，亞洲，歐洲和加拿大）中進(jìn)行的，需要大量能源。這些工廠的建造和運(yùn)營(yíng)成本很高，并且需要先進(jìn)的設(shè)備來(lái)處理冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的有害排放物。盡管成本很高，但這些工廠無(wú)法回收所有有價(jià)值的電池材料。

到目前為止，大多數(shù)改善鋰離子電池回收的工作都集中在相對(duì)較少的學(xué)術(shù)研究小組中，這些研究小組通常獨(dú)立工作。但是事情開(kāi)始改變。在電動(dòng)汽車(chē)和無(wú)處不在的便攜式電子設(shè)備老化之后，預(yù)計(jì)很快就會(huì)有大量的廢舊鋰離子電池驅(qū)動(dòng)，新興公司正在將新的電池回收技術(shù)商業(yè)化。越來(lái)越多的科學(xué)家開(kāi)始研究這個(gè)問(wèn)題，擴(kuò)大了新近接受過(guò)電池回收培訓(xùn)的研究生和博士后隊(duì)伍。此外，一些電池，制造和回收專(zhuān)家已經(jīng)開(kāi)始形成大型，多方面的合作關(guān)系，以解決迫在眉睫的問(wèn)題。

電池回收的好處

電池專(zhuān)家和環(huán)保主義者提供了回收鋰離子電池的眾多理由?；厥盏牟牧峡捎糜谥圃煨码姵?，從而降低制造成本。目前，這些材料占電池成本的一半以上。近年來(lái)，兩種最常見(jiàn)的陰極金屬鈷和鎳（最昂貴的成分）的價(jià)格大幅波動(dòng)。鈷和鎳的當(dāng)前市場(chǎng)價(jià)格分別約為每公噸27,500美元和每公噸12,600美元。2018年，鈷的價(jià)格超過(guò)每公噸90,000美元。

在許多類(lèi)型的鋰離子電池中，這些金屬以及鋰和錳的濃度超過(guò)了天然礦石中的濃度，使廢電池類(lèi)似于高濃縮礦石。如果可以從廢舊電池中以比天然礦石更大的成本和更經(jīng)濟(jì)的方式回收這些金屬，則電池和電動(dòng)汽車(chē)的價(jià)格應(yīng)會(huì)下降。

除了潛在的經(jīng)濟(jì)利益外，回收還可以減少進(jìn)入垃圾填埋場(chǎng)的材料數(shù)量。中國(guó)科學(xué)院污染控制專(zhuān)家孫志表示，電池中發(fā)現(xiàn)的鈷，鎳，錳和其他金屬很容易從埋入電池的外殼中泄漏出來(lái)，污染土壤和地下水，威脅生態(tài)系統(tǒng)和人類(lèi)健康。氟化鋰鹽（常見(jiàn)于LiPF6）在電池電解質(zhì)中使用的有機(jī)溶劑中的溶液也是如此。

電池不僅會(huì)對(duì)使用壽命產(chǎn)生負(fù)面影響，而且還可能在制造電池之前對(duì)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響。正如阿貢（Argonne）的蓋恩斯（Gaines）所指出的那樣，更多的回收利用意味著更少的原始材料的開(kāi)采以及更少的相關(guān)環(huán)境危害。例如，采礦對(duì)于一些電池需要金屬處理金屬硫化物礦石，這是能量密集的并發(fā)射SOX，可導(dǎo)致酸雨。

減少對(duì)電池材料開(kāi)采的依賴(lài)也可能減慢這些原材料的消耗。Gaines和Argonne的同事使用計(jì)算方法研究了這個(gè)問(wèn)題，以模擬不斷增長(zhǎng)的電池生產(chǎn)如何影響到2050年許多金屬的地質(zhì)儲(chǔ)量。研究人員認(rèn)識(shí)到這些預(yù)測(cè)“復(fù)雜且不確定”，研究人員發(fā)現(xiàn)鋰和鎳的世界儲(chǔ)量足以維持電池產(chǎn)量的快速增長(zhǎng)。但是電池制造可能會(huì)使全球鈷儲(chǔ)量減少10％以上。

回收鋰離子電池還可能有助于解決政治成本和弊端。根據(jù)CSIRO的一份報(bào)告，世界鈷產(chǎn)量的50％來(lái)自剛果民主共和國(guó)，并且與武裝沖突，非法采礦，人權(quán)和有害的環(huán)境習(xí)俗有關(guān)?；厥针姵夭⑴渲柒挐舛冉档偷年帢O可以幫助降低對(duì)此類(lèi)有問(wèn)題的外國(guó)資源的依賴(lài)，并提高供應(yīng)鏈的安全性。

回收鋰離子電池的挑戰(zhàn)

正如經(jīng)濟(jì)因素可以使電池回收一樣，他們也反對(duì)這種理由。例如，原材料電池價(jià)格的大幅波動(dòng)給回收經(jīng)濟(jì)學(xué)帶來(lái)了不確定性。特別是，最近鈷價(jià)的大幅下跌引發(fā)了人們的疑問(wèn)，與使用新鮮材料制造新電池相比，回收或重新使用鋰離子電池是否是一個(gè)好的業(yè)務(wù)選擇。基本上，如果鈷的價(jià)格下降，則再生鈷將難以在價(jià)格上與開(kāi)采的鈷競(jìng)爭(zhēng)，制造商會(huì)選擇開(kāi)采的材料而不是再生的材料，從而迫使回收商停業(yè)。對(duì)于考慮進(jìn)行電池回收的公司，另一個(gè)長(zhǎng)期的財(cái)務(wù)問(wèn)題是是否使用其他類(lèi)型的電池，例如Liair或其他車(chē)輛推進(jìn)系統(tǒng)，例如氫燃料電池，將在未來(lái)幾年在電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)上占據(jù)主要立足點(diǎn)，從而降低了對(duì)回收鋰離子電池的需求。

電池化學(xué)作用也使回收變得復(fù)雜。自1990年代初索尼將鋰離子電池商業(yè)化以來(lái)，研究人員就反復(fù)調(diào)整了陰極的成分，以降低成本并提高充電容量，壽命，充電時(shí)間和其他性能參數(shù)。

一些鋰離子電池使用由鈷酸鋰（LCO）制成的陰極。其他使用鋰鎳錳鈷氧化物（NMC），鋰鎳鈷鋁氧化物，磷酸鐵鋰或其他材料。而且，在制造商之間，一種類(lèi)型的陰極（例如NMC）中的成分比例可能會(huì)有很大差異。結(jié)果是，鋰離子電池包含“種類(lèi)繁多的不斷發(fā)展的材料，這使回收變得充滿挑戰(zhàn)”，香港理工大學(xué)的電池回收專(zhuān)家梁安說(shuō)。回收商可能需要按組成對(duì)電池進(jìn)行分類(lèi)和分離，以滿足購(gòu)買(mǎi)回收材料的人們的要求，從而使過(guò)程更加復(fù)雜并增加成本。

電池結(jié)構(gòu)進(jìn)一步使回收工作復(fù)雜化。鋰離子電池是緊湊，復(fù)雜的設(shè)備，具有各種尺寸和形狀，并且不能拆卸。每個(gè)電池均包含陰極，陽(yáng)極，隔膜和電解質(zhì)。

陰極通常由電化學(xué)活性粉末（LCO，NMC等）與炭黑混合而成，并用高分子化合物（如聚偏二氟乙烯）（PVDF）粘合到鋁箔集流體上。陽(yáng)極通常包含石墨，PVDF和銅箔。用于使電極絕緣以防止短路的分隔器是多孔的塑料薄膜，通常是聚乙烯或聚丙烯。電解質(zhì)通常是溶解在碳酸亞乙酯和碳酸二甲酯的混合物中的LiPF6溶液。組件緊密纏繞或堆疊，并牢固地包裝在塑料或鋁制外殼中。

為電動(dòng)汽車(chē)提供動(dòng)力的大型電池組可能包含數(shù)千個(gè)按模塊分組的電池。這些包裝還包括傳感器，安全裝置和控制電池運(yùn)行的電路，所有這些都增加了另一層復(fù)雜性，并增加了拆卸和回收成本。

所有這些電池組件和材料都需要由回收商處理，以獲取有價(jià)值的金屬和其他材料。與之形成鮮明對(duì)比的是，鉛酸汽車(chē)電池易于拆卸，并且鉛（約占電池重量的60％）可以與其他組件快速分離。結(jié)果，這些電池中將近100％的鉛在美國(guó)被回收，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了玻璃，紙張和其他材料的回收率。

改善回收方法

現(xiàn)階段，幾個(gè)大型的火法冶煉廠都在回收鋰離子電池。這些設(shè)備通常在1,500°C的溫度下運(yùn)行，可回收被燃燒的鈷，鎳和銅，但不能回收鋰，鋁或任何有機(jī)化合物。這些設(shè)施需要大量資金，部分原因是需要處理冶煉過(guò)程中釋放的有毒氟化合物的排放。

例如，濕法冶金加工或化學(xué)浸出在中國(guó)已經(jīng)商業(yè)化地進(jìn)行，它提供了一種能源密集度較低的替代方案，并降低了投資成本。這些提取和分離陰極金屬的方法通常在100°C以下運(yùn)行，除其他過(guò)渡金屬外，還可以回收鋰和銅。傳統(tǒng)浸出方法的缺點(diǎn)之一是需要腐蝕性試劑，例如鹽酸，硝酸，硫酸和過(guò)氧化氫。

進(jìn)行基準(zhǔn)規(guī)模研究的研究人員已經(jīng)確定了這些回收方法的潛在改進(jìn)，但是只有少數(shù)公司在中試規(guī)模的方法上進(jìn)行了回收測(cè)試。在不列顛哥倫比亞省溫哥華地區(qū)，一家美國(guó)錳廠將1kg/h的陰極廢料轉(zhuǎn)化為前驅(qū)體，制造商可以用它們來(lái)合成新鮮的陰極材料。廢料是指電池制造過(guò)程中收集到的不合格的陰極粉末，裝飾物和其他廢物。

該公司的首席技術(shù)官ZarkoMeseldzija將廢料描述為“低垂的果實(shí)”，這是一種方便使用的材料，可用于實(shí)驗(yàn)，以擴(kuò)大操作規(guī)模并轉(zhuǎn)向?qū)嶋H的廢電池。他解釋說(shuō)，該公司的工藝依靠二氧化硫浸出陰極金屬，并且不使用鹽酸或過(guò)氧化氫。

該公司首席執(zhí)行官埃里克·格拉茨（EricGratz）表示，馬薩諸塞州伍斯特市的電池資源商正在運(yùn)營(yíng)一家中試工廠，該工廠每天處理鋰離子電池的速度約為0.5公噸，并正在積極努力將容量提高10倍。當(dāng)前許多回收方法會(huì)產(chǎn)生多種單金屬化合物，這些化合物必須結(jié)合起來(lái)才能制成新的陰極材料。BatteryResourcers的過(guò)程會(huì)沉淀出鎳，錳和氫氧化鈷的混合物。這種混合金屬陰極前驅(qū)體簡(jiǎn)化了電池的制備，并可以降低制造成本。

同時(shí)，DOE的ReCell團(tuán)隊(duì)正在追求所謂的直接回收方法，以無(wú)需昂貴的處理即可回收和再利用電池材料。一種方法要求用超臨界二氧化碳除去電解質(zhì)，然后壓碎電池并物理分離組分，例如，基于密度差。

原則上，經(jīng)過(guò)這種簡(jiǎn)單的處理，幾乎所有組件都可以重復(fù)使用。特別地，因?yàn)樵摲椒ú皇褂盟峄蚱渌碳ば栽噭?，所以陰極材料的形態(tài)和晶體結(jié)構(gòu)保持完整，并且材料保留了使其有價(jià)值的電化學(xué)性質(zhì)。蓋恩斯說(shuō)，要實(shí)施這種節(jié)省成本的方法，還需要做更多的工作。

在伯明翰大學(xué)，ReLib團(tuán)隊(duì)成員AlirezaRastegarpanah開(kāi)發(fā)了機(jī)器人方法來(lái)安全，自動(dòng)化地處理用過(guò)的鋰離子電池。

在伯明翰大學(xué)的ReLiB項(xiàng)目中，首席研究員保羅·安德森（PaulAnderson）說(shuō)，研究小組發(fā)現(xiàn)了一個(gè)明顯的機(jī)會(huì)，可以通過(guò)自動(dòng)化提高電池回收的經(jīng)濟(jì)效率。為此，該團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)發(fā)機(jī)器人程序，以從鋰離子電池中分選，拆卸和回收有價(jià)值的材料。伯明翰的研究員艾倫·沃爾頓（AllanWalton）補(bǔ)充說(shuō)，使用機(jī)器人設(shè)備拆卸電池可以消除工人的電和化學(xué)傷害風(fēng)險(xiǎn)。他說(shuō)，自動(dòng)化還可以增強(qiáng)電池組件的分離度，提高其純度和價(jià)值。

盡管大多數(shù)這些策略仍處于發(fā)展初期，但對(duì)它們的需求正在增長(zhǎng)。當(dāng)前，報(bào)廢電動(dòng)汽車(chē)電池的數(shù)量很少，但即將激增。香港理工學(xué)院的安說(shuō)，許多障礙阻礙了大規(guī)模的回收利用，但是“機(jī)遇總是與挑戰(zhàn)并存”?，F(xiàn)在是時(shí)候大聲疾呼，認(rèn)真對(duì)待回收鋰離子電池了。