解析锂电池如何做好废旧回收再次利用？
来源：宝鄂实业
2019-03-26 16:45
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众所周知，传统的干电池和铅酸电池，如果回收和处理不当会对环境造成巨大危害。相比之下，锂离子电池被普遍认为是环保无污染的“绿色电池”。特别是在很多动力电池企业的刻意宣传下，锂离子电池给人的印象似乎与污染彻底“绝缘”。
然而，事实情况是锂离子电池生产和回收不当同样会产生污染。按照目前新能源汽车的发展速度，如果不对动力电池回收尽早进行产业化的研究和积累，正如中国汽车技术研究中心首席专家、新能源室主任王芳所说，几十年后，我们的子孙后代可能会生活在废旧电池和电动汽车充斥的环境中。
锂电池如何走出“先污染 再治理”的老路？
正视锂离子电池的污染问题
目前，全球电动汽车市场（不包含燃料电池汽车），其动力电池类型主要有磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、镍钴锰（三元）等，这些电池在退役后，将会成为潜在的“污染源”。
锂离子电池中不含汞、镉、铅等毒害大的重金属元素，但锂离子电池的正负极材料、电解质溶液等物质对环境和人体健康还是有很大影响的。因此，如果将废旧锂离子电池采取普通的垃圾处理方法（包括填埋、焚烧、堆肥等），其中的钴、镍、锂、锰等金属以及无机、有机化合物必将对大气、水、土壤造成严重的污染，具有极大的危害性。废旧锂离子电池中的物质如果进入环境中可造成重金属镍、钴污染（包括砷），氟污染，有机物污染，粉尘和酸碱污染。废旧锂离子电池的电解质及其转化产物，如LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、HF、P2O5等，溶剂及其分解和水解产物，如DME、甲醇、甲酸等，都是有毒有害物质，可造成人身伤害，甚至死亡。
据相关媒体统计，以我国电动汽车的发展速度，如果到2020年时，电动车市场存量超过500万辆，以一辆车平均配备20kWh的电池来估算，约有1亿kWh（1000GWh）的锂离子电池进入汽车市场。如果回收处理不当，所造成的环境危害，将数倍于干电池和铅酸电池。
而如何合理的回收和利用汽车退役下来的动力电池，不能等电动汽车市场发展起来之后才去考虑和规划。当前进行技术、市场、产业、政策、环保等各方面的研究和实践，完善动力电池后市场的相关配套措施已经迫在眉睫。
尽早进行产业化的研究和积累很重要
现阶段，在动力电池的回收上，“梯次利用”是政府和业内人士认为更为绿色和环保的做法，其不仅能够发挥产品的最大价值，也能实现循环经济的利益最大化。
从国家层面，针对动力电池梯次利用的相关扶持政策、行业规范和标准，正在积极制定当中。
10月18日，工信部装备工业司对国家推荐性标准《汽车用动力电池编码》开始征求意见。该标准对汽车用动力电池的生产、销售、使用、维护、回收、梯次利用、再生利用实施“全生命周期的溯源与管理”。工信部装备工业司相关领导表示，动力蓄电池回收利用将立足产品“全生命周期的溯源与管理”，实现对动力蓄电池从“出生”到“再生”的全程管控，让动力电池能够做到来源可靠、去向可追踪、整个节点可控。
学界对动力电池梯次利用的研究也在紧锣密鼓地进行中。
在11月2日中国电动汽车百人会召开的“动力电池材料及材料综合利用”研讨会上，中国汽车技术研究中心首席专家、新能源室主任王芳介绍了动力电池梯次利用的最新研究成果和研究方向。
她表示，目前国内实现梯次利用仍然存在难度，主要表现是市场机制的不健全、政策法规不完善；历史数据的缺乏；梯次利用场景的不确定性；电池拆解的难度和再重组的高成本和高风险；梯次利用以后安全隐患的加大等等。
王芳提出，要实现对动力电池的梯次利用，需要建立动力电池全生命周期监测系统，对电池的健康状态进行实时评估。要把对电池的评价和监测放在电池整个使用周期中，而不是等电池淘汰下来以后再进行测试、筛选。
对于实现全生命周期监测的途径，王芳解释道，电池从生产线下来就要对其进行编码，让它拥有唯一的“身份证”。电池从此开始接受监测，包括生产和使用的每一个环节，监测系统均对它时时监控、评价。监测过程中，系统会依据整套评估体系对电池的健康状况进行评测、得出数据。这些数据具有实施性、唯一性和全面性，并全程可追溯。
“监测系统对电池状况的评估，就像保健医生对人身体健康状态的评估一样。电池经过健康评估之后，再经过中间的集成过程，就能正确匹配到能够梯次利用的场景，包括风光储能等高端领域，也包括家庭储能等低端领域。”王芳表示。
正极材料是锂电池中最为关键的原材料，正负极材料是决定动力电池性能的关键。正极材料主要影响锂离子电池能量密度、安全性、循环寿命等性能。由于锂离子电池正极材料在电池成本中所占比例可高达40%左右，所以其成本也直接决定电池成本的高低。
锂离子电池分为多种技术路线，其中主流的技术路线包括钴酸锂(LCO)、锰酸锂(LMO),镍钴锰酸锂三元材料(NCM)、镍钴铝酸锂三元材料(NCA)和磷酸铁锂(LFP)。
常见正极材料及性能比较
目前，市场上主流新能源汽车的动力电池正极材料的选择也以三元材料、锰酸锂和磷酸铁锂为主。在动力电池领域，磷酸铁锂正极材料拥有超长的循环寿命、极好的安全性能、较好的高温性能和相对低廉的价格，并且磷酸铁锂材料其低温性能和倍率放电已经可以达到钴酸锂的水平，目前是市场上主流的动力电池材料的，但由于能量密度的缺陷，同时其产品一致性和低温性能差，正在逐步被三元材料取代。
“磷酸铁锂在能量密度、容量、压实等方面还有很大的上升空间，磷酸铁锂在安全性方面的优势很大。”斯特兰总经理李士祥表示。
三元材料综合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂等正极材料的优点，兼具能量密度高、循环寿命较长、安全性较好、成本相对较低等特点。有数据显示，目前中国动力电池正极材料三元占比在30%左右。
新能源汽车产量大幅提升，带动动力电池需求快速增长，作为动力电池主要正极材料，磷酸铁锂和三元材料需求量增长迅速。赛瑞研究统计数据显示，2015年，中国磷酸铁锂和三元材料产量分别达到3.24万吨和3.65万吨，分别同比增长131.4%和72.2%。2016年中国磷酸铁锂和三元材料产量分别达到5.3万吨和5.2万吨，分别同比增长63.58%和45.21%。
