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锂电回收仍以化学法为主 物理法与梯次利用尚需时日

唐俊 2019-01-04 2710 166

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为区域/园区工作者洞悉行业发展

目前动力电池的梯次利用还处于发展初期,为了退役电池回收价格将成为关键影响因素;而拆解回收主要以技术相对成熟的化学法为主,物理法的商业化尚需时日。从长远来看,先梯次利用,在拆解回收,才能将废旧电池的经济效益最大化。从技术支撑的角度来看,电池材料生产企业可利用本身对材料合成工艺的理解,深挖材料回收处理技术,“回收+生产”模式优势更为明显。

  摘要:现阶段动力锂电池的回收利用主要包括梯次利用和资源再生两种办法,在《动力电池梯次利用迎“春风” 行业将呈现“百花齐放”之势》一文中,已经对动力电池梯次利用、资源再生的定义以及动力电池梯次利用在电力系统储能领域、通信基站、低速电动车的应用进行了梳理与介绍。本文将对梯次利用的技术壁垒、应用阻碍和拆解回收技术及应用现状进行分析,为锂动力电池回收产业的发展提供参考。

  由于磷酸铁锂电池可循环次数较高,因此多通过梯次利用的方式以充分利用其剩余容量;而三元电池含有大量的锂钴镍锰,回收收益较高,此外,考虑到其循环次数较低,梯次利用价值较小,因此更适合进行拆解回收。

  梯次利用处于发展初期 退役电池回收价格将成为关键影响因素

  目前市场上不同厂商生产的锂动力电池一致性较低,这给梯次利用带来了很大阻碍。另外,在梯级利用时,锂动力电池的内阻、电压、容量会在极低的循环次数内出现猛跌,后期使用维护困难。整体而言,梯次利用的经济效益有待进一步提升,国内退役锂动力电池的梯次利用还处于发展初期。

  另外,目前梯次利用仍然存在两大技术壁垒,离散整合和寿命预测技术(见图1),其中剩余寿命预测技术的关键点是全生命周期监测,具体指的是通过大数据追溯系统平台(见图2),对退役锂动力电池进行分析来获得相关的大数据,从而决定是否进入梯次利用市场。汽车生产企业和电池生产企业在这方面具备先天优势,但随着新技术的发展和电池性能的快速提升,新电池的成本有望进一步下降,汽车生产企业和电池生产企业的行动将很大程度受到退役电池回收价格的影响。

  图1 梯次利用的关键技术

  梯次利用的关键技术

  (信息来源:中国产业信息网)

  图2 梯次利用的大数据追溯数据平台

  梯次利用的大数据追溯数据平台

  (信息来源:中国产业信息网)

  拆解回收以技术相对成熟的化学法为主 物理法的商业化尚需时日

  通过对退役锂动力电池进行放电、拆解等(见图3),可以将其转变为可再次利用的高纯过渡金属和高纯锂盐。退役锂动力电池回收的核心在于电池包处理材料提取,拆解回收主要集中在对正极材料的回收上。目前锂电回收方法主要有物理法、化学法和生物法。

  图3 动力电池拆解再生利用的流程

  动力电池拆解再生利用的流程

  (根据公开信息整理)

  物理法(又称干法)包括火法、机械研磨法、机械破碎浮选法、水热溶解沉淀法、有机溶剂溶解法等。其中火法(见图4)是最常见的物理回收方法,工艺较为简单,可以有效去除电池中的粘结剂和电解液,但能耗大,温度过高时,铝箔会被氧化生成价值较低的氧化铝,导致收集困难。与此同时,高温燃烧产生废气也会造成环境污染。

  图4 火法工艺流程图

  火法工艺流程图

  (信息来源:《动力锂电池梯次利用及回收处理》)

  与物理法有所区别,化学法(又称湿法,见图5)相对比较成熟,回收率比物理法高,但一般得到的是金属氧化物,不能直接作为锂电池正极材料,后续制备正极材料的工艺较为复杂且成本也更高。

  图5 废锂离子电池化学法回收流程图

   废锂离子电池化学法回收流程图

  (信息来源:《动力锂电池梯次利用及回收处理》)

  表1为废旧锂电池拆解回收工艺,通过对物理法和化学法工艺流程的对比发现,物理法能够直接对正负极材料、隔膜、电解液进行回收,但物理法要求退役锂动力电池采用的电解液、正极材料、负极材料等一致。但是实际应用中锂电池正极材料颇多,三元材料也包含111、522、811等多种型号。因此,目前行业主要以技术相对成熟的化学法为主,物理法的商业化尚需时日。

  表1 废旧锂电池拆解回收工艺

  废旧锂电池拆解回收工艺

  (信息来源:《新材料产业》)

  “回收+生产”具备重要的战略意义 模式将得到进一步推广

  根据电池种类的不同,采取的工艺流程也不同,需要注意的是任何一项环节的处理不当,都可能造成安全隐患和二次污染。目前,国际上已经有部分企业实现了工业化处理退役锂动力电池,锂钴镍是主要的回收材料。表2为国外实现工业化生产的主要废旧电池回收企业。

  回顾国内,从技术支撑的角度来看,电池材料生产企业可利用本身对材料合成工艺的理解,深挖材料回收处理技术,优势更为明显。事实上,格林美、邦普、赣锋锂业等开展锂电回收业务的公司亦有正极材料等相关业务布局(见表3)。我国格林美、邦普循环等企业的工艺水平已经达到国际水准,其中,格林美是世界最大的钴粉制造企业,超细钴分国际市场份额超过20%,国内市场份额超过50%,其已经世界镍粉品牌前三名。邦普循环的综合回收率国内第一,达到了98.58%。在上游原材料普遍涨价的背景下,通过“回收+生产”锁定重要原材料价格具备重要的战略意义,预计未来这种模式将得到进一步推广。

  表2 国外实现工业化生产的主要废旧电池回收企业

  国外实现工业化生产的主要废旧电池回收企业

  (根据公开信息整理)

  表3 我国代表企业回收工艺情况

 我国代表企业回收工艺情况

  (根据公开信息整理)

  结语

  目前动力电池的梯次利用还处于发展初期,为了退役电池回收价格将成为关键影响因素;而拆解回收主要以技术相对成熟的化学法为主,物理法的商业化尚需时日。从长远来看,先梯次利用,在拆解回收,才能将废旧电池的经济效益最大化。从技术支撑的角度来看,电池材料生产企业可利用本身对材料合成工艺的理解,深挖材料回收处理技术,“回收+生产”模式优势更为明显。

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