鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1076次 | 2022年09月13日
張剛:廢舊磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰電池?zé)o害化和高值化回收利用
九月九日,第二屆儲(chǔ)能電池技術(shù)發(fā)展方向研討會(huì)在京召開(kāi)。
本次會(huì)議由我國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)與我國(guó)科學(xué)院電工研究所儲(chǔ)能技術(shù)研究組聯(lián)合主辦,北京好風(fēng)光儲(chǔ)能技術(shù)有限公司、浙江南都電源動(dòng)力股份有限公司、中天儲(chǔ)能科技有限公司、長(zhǎng)興太湖能谷科技有限公司及合肥博澳國(guó)興能源技術(shù)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(jīng)理張剛出席了本次會(huì)議,并發(fā)表了題為《廢舊磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰離子電池無(wú)害化與高值化回收利用》的報(bào)告,以下為演講全文:
張剛:各位領(lǐng)導(dǎo)、各位專(zhuān)家大家好!我是來(lái)自于中天新興材料的張剛,很榮幸有這個(gè)機(jī)會(huì)跟大家分享有關(guān)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(gè)方面介紹這項(xiàng)工作,早期國(guó)內(nèi)的鋰離子電池重要還是在動(dòng)力鋰離子電池和3C上應(yīng)用,而在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)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(guān)動(dòng)力鋰離子電池的發(fā)展來(lái)進(jìn)行。自巴黎協(xié)定簽訂以來(lái),世界上已有7個(gè)國(guó)家明確公布了燃油車(chē)退出時(shí)間表,最近日本提出的時(shí)間是在2050年,荷蘭是在2025年,同時(shí),各大車(chē)企陸續(xù)出臺(tái)燃油車(chē)停產(chǎn)或停手時(shí)間表。其中,沃爾沃和瑪莎拉蒂提出2019年即開(kāi)始停止生產(chǎn)燃油車(chē)。
我國(guó)新能源汽車(chē)發(fā)展比較迅猛,根據(jù)新能源汽車(chē)發(fā)展規(guī)劃2012-2020年規(guī)劃,我們目標(biāo)是2020年純電動(dòng)汽車(chē)和混動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)量達(dá)到200萬(wàn)輛/年,累計(jì)銷(xiāo)售量500萬(wàn)輛。截至2017年底我們國(guó)家新能源車(chē)保有量是180萬(wàn)輛,2018年一月-六月,新能源車(chē)產(chǎn)量約48萬(wàn)輛。另外從籌建和新建的電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)量公開(kāi)報(bào)道來(lái)看,現(xiàn)在的產(chǎn)量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了這個(gè)目標(biāo),大概在2000萬(wàn)輛。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
一般我們認(rèn)為動(dòng)力鋰離子電池壽命是在4-6年,從動(dòng)力鋰離子電池大規(guī)模應(yīng)用應(yīng)該是2013年,從規(guī)?;瘧?yīng)用在電動(dòng)汽車(chē)上面應(yīng)用,從時(shí)間點(diǎn)來(lái)看的話(huà),2018年動(dòng)力鋰離子電池進(jìn)入集中報(bào)廢期。2025年有50萬(wàn)噸報(bào)廢量。從電池使用順序來(lái)看的話(huà),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(bào)廢會(huì)帶來(lái)環(huán)境污染問(wèn)題和資源緊缺問(wèn)題。早從2013年開(kāi)始國(guó)家其實(shí)已經(jīng)針對(duì)鉛酸電池和鋰離子電池動(dòng)力型的蓄電池出臺(tái)各項(xiàng)管理政策,2018年二月工信部已經(jīng)公布了新能源汽車(chē)動(dòng)力鋰離子電池回收暫行辦法,2018年三月工信部等七部門(mén)推行“17地區(qū)+1國(guó)企”形式的新能源車(chē)汽車(chē)動(dòng)力蓄電池回收利用試點(diǎn)工作。2018年七月,工信部正式啟動(dòng)了這個(gè)新能源汽車(chē)國(guó)家監(jiān)測(cè)與動(dòng)力蓄電池回收利用管理平臺(tái)。在這個(gè)公布會(huì)上也首次公布了首批符合新能源廢舊動(dòng)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(dòng)力蓄電池回收公司白名單。新能源動(dòng)力蓄電池回收利用管理暫行辦法,我們認(rèn)為它的核心就是生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度,明確電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)公司作為主體,但是也鼓勵(lì)多種形式來(lái)提高我們這個(gè)回收的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率。
廢舊電池回收工藝大家應(yīng)該都很熟悉了,一般是火法和濕法,火法的優(yōu)點(diǎn)工藝比較簡(jiǎn)單,缺點(diǎn)資源利用率點(diǎn)。濕法大部分回收公司采用的方法,這個(gè)方法優(yōu)點(diǎn)可以直接一步制備出前驅(qū)體或硫酸鹽產(chǎn)品。北京賽德美開(kāi)發(fā)的全物理法工藝,重要針對(duì)磷酸鐵鋰離子電池,在“十三五”規(guī)劃和重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)里面也有提及。即在不進(jìn)行大規(guī)?;瘜W(xué)溶解實(shí)驗(yàn)以后,不破壞磷酸鐵鋰結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)材料的降級(jí)使用。這里給大家重點(diǎn)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(lái),通過(guò)簡(jiǎn)單的水熱反應(yīng)和短暫的高溫?zé)Y(jié)實(shí)現(xiàn)材料再生,通過(guò)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(bǔ)充。
這個(gè)是它的工藝流程圖,他們這種方法相比傳統(tǒng)濕法來(lái)看的話(huà),成本和環(huán)保優(yōu)勢(shì)很明顯。同樣這個(gè)我們也可以借鑒在磷酸鐵鋰的回收新工藝開(kāi)發(fā)。
國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)生產(chǎn)及回收產(chǎn)業(yè)鏈,報(bào)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(gè)舊電池回收拆解,分解重組,分別進(jìn)行梯級(jí)利用和直接交給金屬提煉公司。現(xiàn)在市場(chǎng)上還出現(xiàn)了一些新的模式,如探索梯次利用動(dòng)力蓄電池金融租賃模式,探索以舊換新,補(bǔ)貼回購(gòu)等回收模式,探索廢料換原料定向回收模式,探索建立動(dòng)力鋰離子電池預(yù)付融資回收模式,探索動(dòng)力鋰離子電池押金預(yù)付模式。
標(biāo)稱(chēng)電壓:28.8V
標(biāo)稱(chēng)容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
這些是我們國(guó)內(nèi)現(xiàn)在做電池回收主流公司,其中格林美和邦普是目前國(guó)內(nèi)鋰離子電池回收的代表公司。以下這些是我們國(guó)內(nèi)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(gè)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(gè)方面闡述這個(gè)工藝。在安全放電之前研究廢舊電池智能化拆解,因?yàn)楝F(xiàn)在大家了解鋰離子電池簡(jiǎn)單破碎很容易會(huì)爆炸,同時(shí)破碎后會(huì)把多種物質(zhì)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(bào)告介紹這種技術(shù)。
我們研究安全放電時(shí)發(fā)現(xiàn)存在電壓回彈的問(wèn)題,電壓看上去已經(jīng)降到了零點(diǎn)幾伏,放了一兩個(gè)小時(shí)以后,發(fā)現(xiàn)有時(shí)候又回彈到兩伏,對(duì)這些問(wèn)題我們研究了放電時(shí)間、鹽溶液濃度與它的反彈電壓關(guān)系。第二個(gè)有關(guān)廢舊卷芯的高溫焙燒技術(shù),這個(gè)可能會(huì)要犧牲部分集流體。第三個(gè)是正極活性物質(zhì)的高效浸出工藝技術(shù),重要就是把里面的前期氧化的銅跟鋁、磷酸鐵鋰溶解出來(lái)。我們發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)這個(gè)工藝以后,鐵和磷浸出率到100%。第四個(gè)技術(shù)是浸出液高效除雜凈化工藝技術(shù),即將浸出液中銅、鋁雜質(zhì)去除。銅的話(huà)采用鐵粉置換。至于鋁的話(huà)會(huì)比較麻煩一點(diǎn),前期是考慮用鐵粉來(lái)處理,但是用鐵粉處理的話(huà),鋁的濃度最終還有30mg/L,達(dá)不到我們一個(gè)要求,所以我們后來(lái)又萃取,但是發(fā)現(xiàn)萃取的話(huà)也比較困難,所以我們最后采用無(wú)機(jī)有機(jī)聯(lián)合法將鋁濃度降低5.65mg/L。第五是磷酸鐵再造技術(shù),通過(guò)往除雜母液中補(bǔ)磷,最后得到想要的磷酸鐵,即磷酸鐵鋰的前驅(qū)體。這個(gè)是我們制備的磷酸鐵指標(biāo),這些指標(biāo)都符合行標(biāo)和企標(biāo)。最后是鋰高效回收工藝技術(shù)。我們做了這個(gè)磷酸亞鐵以后,廢液里面鋰的附加值還是比較高的。這個(gè)鋰的話(huà)我們做兩部分,假如單純用碳酸鈉回收鋰的話(huà)只有90%左右回收率,后來(lái)我們用磷酸納繼續(xù)與鋰反應(yīng)得到磷酸鋰,同時(shí)將其返回到母液里富集,這樣鋰的回收率可以達(dá)到98.9%。這個(gè)項(xiàng)目完成情況是:銅和鋰的回收率達(dá)到99%,鋰的回收率達(dá)到98.9%,制備的磷酸鐵符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)正在建設(shè)一條100噸級(jí)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(jià)格存在一個(gè)很大的下降,即從去年十二月份九萬(wàn)/噸降低到目前的6-7萬(wàn)/噸。怎么樣來(lái)回收磷酸鐵鋰,可能有關(guān)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(jià)格情況下,要尋找更便宜環(huán)保的方法進(jìn)行報(bào)廢電池處理,如美國(guó)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(guó)家相關(guān)部門(mén)的一些指導(dǎo)和支持,尤其是在電池回收領(lǐng)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(mài),而不是作為廢物付費(fèi)給回收公司進(jìn)行處理。假如作為資源賣(mài)的話(huà),車(chē)廠應(yīng)該從回收公司拿到錢(qián),但是假如作為廢物的話(huà),回收公司從車(chē)廠拿錢(qián),所以這個(gè)關(guān)系怎么轉(zhuǎn)變,可能有待于國(guó)家有關(guān)部門(mén)研究相關(guān)政策引導(dǎo)。
最后我想感謝工信部綠色制造系統(tǒng)集成項(xiàng)目資助,同時(shí)感謝我們團(tuán)隊(duì),中南大學(xué)李劼教授團(tuán)隊(duì)的支持,我的報(bào)告到這里,謝謝。