近年來，我國新能源汽車行業(yè)呈現(xiàn)快速發(fā)展態(tài)勢。尤其是在政策驅(qū)動下，國內(nèi)對純電動汽車需求出現(xiàn)大幅度增長，大大促進了動力電池的生產(chǎn)，但隨之產(chǎn)生的廢舊動力電池也呈現(xiàn)井噴式上漲。

據(jù)估計，到2020年，我國將產(chǎn)生25億只、約52萬噸的廢舊動力鋰離子電池。

3月5日，在由北京市科學(xué)技術(shù)協(xié)會、中國科學(xué)院文獻情報中心主辦的“動力鋰電池回收”決策咨詢沙龍上，中國科學(xué)院過程工程研究所研究員孫峙提出，廢舊動力電池的回收是新能源汽車產(chǎn)業(yè)生命周期中的重要組成部分，其合理處置特別是回收利用對行業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。

孫峙指出，隨著我國相關(guān)政策不斷完善、廢舊動力電池產(chǎn)生量的不斷增加，以及相關(guān)技術(shù)的不斷成熟，期待我國廢舊動力電池回收利用管理體系和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也能夠進一步完善，市場逐漸走向規(guī)范化。

資源供給面臨挑戰(zhàn)

自上世紀(jì)90年代鋰電池進入商業(yè)化發(fā)展階段至今，持續(xù)著許多關(guān)于其性能升級、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的研究。在我國儲能、新能源汽車等產(chǎn)業(yè)中，鋰電池的應(yīng)用也非常廣泛。

“這么多年來，鋰電池的性能已經(jīng)明顯提升，不過結(jié)構(gòu)變化很小?！睂O峙介紹，鋰離子電池的結(jié)構(gòu)，包括電池殼、正極、隔膜、負(fù)極、集流體、電解液等部件，其中正極材料是鋰離子電池的核心，是決定電池性能的關(guān)鍵因素?！皟r值最高的還是正、負(fù)極材料和銅。”

而在正極的主要材料成分中，不同種類的電池則分別包括鈷酸鋰、鎳酸鋰、鎳鈷二元、鎳鈷錳、鎳鈷鋁三元材料、磷酸鐵鋰等。

為什么要關(guān)注正極材料？孫峙列舉了正極材料中鋰、鎳、鈷、錳等幾種主要金屬資源的儲量情況。

其中鎳、鈷則屬于我國稀缺資源，對外依存度都超過90%。同時，我國鋰資源約占全球儲量20%，但主要在高原地區(qū)。事實上，2017年和2018年我國一次鋰資源的進口量高達80%。

在此背景下，加之各相關(guān)產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展對資源需求量越來越大，導(dǎo)致以鎳和鈷為代表的各類資源價格明顯受到了政策波動。

我國目前是全球最重要的新能源汽車生產(chǎn)和銷售國，對鋰、鎳、鈷等資源的需求非常大，因此資源供給高風(fēng)險是顯而易見的。

通常而言，當(dāng)電池容量降低到80%以下后就不能滿足動力汽車的要求。2017年，全球約報廢6萬噸鋰電池。我國動力鋰電池報廢量2018年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)約為3萬噸，2019年預(yù)計達到6~7萬噸，“但進入大型回收企業(yè)的量卻顯著低于這一數(shù)字，有一部分廢棄電池?zé)o法計入統(tǒng)計”。從監(jiān)管、環(huán)保的角度，孫峙提出，報廢電池回收確實還需要更多政策引導(dǎo)。

梯次利用可緩解回收壓力

目前我國廢舊動力電池的處理處置仍然處在市場和技術(shù)培育階段，雖然在有價元素如鈷、鎳等提取方面取得了較大進展，前端的預(yù)處理過程包括動力電池拆解、梯次利用、電芯破碎/分選、資源高效循環(huán)、材料再生以及全過程綠色化升級等仍然有較大提升空間。

孫峙介紹，當(dāng)動力電池退役之后，整個電池組需要從車上拆解下來。然而，電動汽車動力電池包的設(shè)計多種多樣，電池包的內(nèi)外部結(jié)構(gòu)設(shè)計、模組連接方式、工藝技術(shù)各不相同，電池的種類結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，電池使用的壽命狀況也具有多樣性，這極大地增加了動力電池的梯級利用以及拆解難度。

比如，若采用不同的自動化拆解操作工藝無疑會導(dǎo)致拆解成本過高；若采用人工拆解，其拆解效率低，拆解過程可能產(chǎn)生二次污染從而對環(huán)境和人體健康造成一定的威脅。

而動力電池包的安全拆解是對資源梯次利用的一個重點。孫峙對梯次利用進行了著重介紹，車用動力電池的梯次利用，是指將退役的動力電池經(jīng)拆解、測試、分類、重組之后，將其根據(jù)其使用的壽命狀況重新分檔使用，充分發(fā)揮電池的剩余價值。

“通常退役的動力電池還保有一定容量，直接報廢會造成剩余容量的浪費?！笔聦嵣?，退役的動力電池還保有其初始容量的70%~80%，可將其用于電動自行車、游覽車等的電源或儲能等對能量密度要求不高的領(lǐng)域。

因而梯次利用也可以緩解大量動力電池進入回收階段的壓力，更能充分發(fā)揮動力電池的容量價值，使動力電池的生命周期得到延長，在有效降低車用動力電池成本的同時，也減少電池中重金屬元素對環(huán)境的危害，有利于動力汽車行業(yè)的健康有序發(fā)展。

不過，我國從近幾年才開始開展相關(guān)理論研究和示范工程，步伐相對較慢，成規(guī)模的商業(yè)化還未真正開始，更缺乏對規(guī)模潛力及經(jīng)濟性的量化分析。

合理配置方能有序發(fā)展

孫峙帶隊的中科院過程所資源循環(huán)與可持續(xù)工程團隊，研究范圍涵蓋自動化、化工、冶金、環(huán)境、材料等，正從事關(guān)鍵金屬材料資源回收與固廢無害化處理的基礎(chǔ)研究與技術(shù)開發(fā)，主要涉及汽車、飛機、半導(dǎo)體等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。

▲孫峙在實驗室

記者了解到，他們的課題涉及廢電池自動化快速識選、基于物料整形的廢舊動力電池前處理工藝與裝備，以火法及全濕法進行選擇性提鋰技術(shù)、前驅(qū)體制備過程污染物控制等。

目前廢動力電池回收主要采用火法及濕法兩種技術(shù)?；鸱üに囆枰€(wěn)定、完整的上下游產(chǎn)業(yè)鏈，國外多采用火法。而國內(nèi)主要以濕法為主，孫峙介紹濕法的主要問題在于環(huán)境成本，特別是廢液處理成本相對更高。

對于濕法工藝與火法工藝的優(yōu)缺點，孫峙進行了對比介紹。濕法的優(yōu)勢在于提取選擇性高，廢氣排量小，能耗也適中，并且此工藝還能夠兼顧鋰電池負(fù)極材料的回收，但濕法工藝中，由于鐵、鋁、錳等雜質(zhì)的影響，廢水處理效率偏低，并且在工藝的不同階段需要使用的是不同化學(xué)試劑。

火法的明顯優(yōu)勢則在于生產(chǎn)效率高、提取過程無廢水及污泥，并且鐵、鋁、碳等物質(zhì)可以作為還原劑或燃料使用，但其對廢料供給依存度高，廢氣處理系統(tǒng)的投入也大，并且電耗偏高、廢渣產(chǎn)生量大。

“總體來講，廢舊動力電池的回收主要遵從4個方面的要素：資源/環(huán)境/社會需求要素、廢棄物管理要素、回收技術(shù)要素和市場要素。”

孫峙認(rèn)為，要實現(xiàn)廢舊動力電池的高效回收和促進新能源汽車行業(yè)的健康、有序發(fā)展，需要合理配置4個相關(guān)要素并充分從各個需求方面評估和認(rèn)識廢舊動力電池回收的重要性。而需求要素將直接決定其他要素的配置權(quán)重，特別是廢棄物管理方面需要充分考慮廢動力電池的資源和環(huán)境效應(yīng)，以及當(dāng)前的技術(shù)現(xiàn)狀和市場預(yù)期。

防控風(fēng)險，抓住機遇

廢舊動力電池不僅含有大量有價元素，其中的有毒有害物質(zhì)如不妥善處理也將會對環(huán)境造成嚴(yán)重危害。而在鋰電池的部件中，危害最大的是電解液，其中含有易揮發(fā)的含氟物質(zhì)以及難降解的污染物。以跨國企業(yè)優(yōu)美科為例，其電池回收工藝中環(huán)保技術(shù)投入占總成本60%左右。

“收集、運輸過程中的廢動力電池以及3C鋰離子電池出現(xiàn)破損、漏液等情況，存在很大的環(huán)境風(fēng)險?！睂O峙介紹。

根據(jù)2016年發(fā)布的《國家危險廢物名錄》，9類與電池行業(yè)相關(guān)，其中2類直接與動力電池行業(yè)相關(guān)。因此，廢舊動力電池的大量產(chǎn)生，將為環(huán)境保護帶來新的挑戰(zhàn)，但也將成為資源循環(huán)和梯次利用衍生行業(yè)的機遇，只有實現(xiàn)其高效資源化循環(huán)利用和合理環(huán)保處置可預(yù)期可觀的經(jīng)濟和環(huán)境效益。

從防控風(fēng)險的角度，孫峙提出了幾點建議

首先，動力電池回收市場當(dāng)下波動較大，為避免局部過熱，或是一些企業(yè)由于后續(xù)產(chǎn)品價格下跌而直接停產(chǎn)的現(xiàn)象，有關(guān)部門應(yīng)在政策上有所引導(dǎo)。

其次，應(yīng)從頂層設(shè)計上對產(chǎn)業(yè)布局予以梳理?！拔覀冏鲞^簡單統(tǒng)計，到2019年1月份，已批復(fù)的廢動力電池回收產(chǎn)能達到了120萬噸，其數(shù)量非常大，但主要集中在湖南、江西、廣東和廣西等4個省份，產(chǎn)能分布不均勻也會存在風(fēng)險。”

再次，在技術(shù)升級的角度上，孫峙希望研究人員能夠在裝備和污染防治水平上再多做些工作。

此外，我國車用動力電池回收網(wǎng)絡(luò)及有效回收模式，仍有待建立和規(guī)范。

孫峙期待，隨著我國相關(guān)政策不斷完善、廢舊動力電池產(chǎn)生量的不斷增加，以及相關(guān)技術(shù)的不斷成熟，我國廢舊動力電池回收利用管理體系和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)能夠進一步完善，市場逐漸走向規(guī)范化。