2016 年 12 月,工信部發布《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》(征求意見稿),明確了汽車生產企業承擔動力蓄電池回收利用主體責任。生產者責任延伸制度(EPR)是指將生產者的責任延伸到產品的整個生命周期,特別是產品消費后的回收處理與再生利用階段,要求生產者在產品全生命周期擔責,把生產和回收串聯起來,提升回收利用率。
2018 年 7 月,工信部、科技部等七部門聯合印發《關于做好新能源汽車動力蓄電池回收利用試點工作的通知》,決定在京津冀地區、山西、上海、江蘇、浙江、安徽、廣東等 17 個地區及中國鐵塔開展新能源汽車動力蓄電池回收利用試點工作,并確定各試點地區相應的目標任務,這有助于建立相對集中、跨區聯動的回收體系。隨著相關政策的陸續出臺,動力電池回收體系也將加速完善。動力電池回收試點工作的開展,標志著我國動力電池回收進入大規模實施階段。
2020 年 7 月,工信部發布《2020年工作節能與綜合利用工作要點》,要求推動新能源汽車動力蓄電池回收利用體系建設;深入開展試點工作,加快探索推廣技術經濟性強、環境友好的回收利用市場化模式,培育一批動力蓄電池回收利用骨干企業;研究制定《新能源汽車動力蓄電池梯次利用管理辦法》,建立梯次利用產品評價機制;依托“新能源汽車國家監測與動力蓄電池回收利用溯源綜合管理平臺”,健全法規,督促企業加快履行溯源和回收責任。動力電池回收體系的評價機制及法律法規的完善,標志著我國動力電池回收體系框架正在日趨成熟。
雖然頂層設計逐步在完善,但目前動力電池回收受到以下三個問題的掣肘,使政策開展較為困難:
1.電池殘值量的測量標準難以估計:動力電池在循環充放電過程中電池容量會逐漸衰減,當衰減至80%以下時,便達到退役狀態。而目前對于動力電池的健康度 SOH(State-of-health)有很多種定義,包括根據容量衰減定義、根據剩余放電量定義剩余循環次數定義以及根據內阻定義。因此政策制定者對于動力電池殘值剩余量的標準測定標準存在一定困難。
2.金屬價格波動影響材料回收經濟性:金屬價格的波動會最終決定動力電池回收市場的盈虧,而金屬價格又是受資源供給、技術進步、下游市場綜合因素所影響,存在技術周期、產能周期,故金屬價格是動力電池回收的市場驅動的決定性要素,既影響動力電池的商業模式,也影響政策制定和執行的有效性。
3.梯次利用技術標準:對于磷酸鐵鋰電池一個重要的回收方式就是梯次利用,梯次利用方式、安全性等因素困擾著標準制定,標準過高會造成梯次利用市場的萎縮,標準過低又不利于梯次利用市場長期發展。
動力電池回收渠道與再生利用方法論
動力電池的回收過程中有不同的參與主體和回收路徑,這主要是由于不同動力電池間存在銷售方式、使用形式、所有權歸屬的不同。目前在我國,動力電池的回收渠道主要有小型回收公司、專業回收公司、政府回收中心。近年來,為規范動力電池回收市場,我國相繼出臺了動力電池拆解回收相關技術標準:

參考歐美發達國家的電池回收路徑,動力電池生產商往往承擔電池回收的主要責任,而參與主體中的電動汽車生產商和電池租賃公司起到配合動力電池生產商回收的作用。根據動力電池從消費者回收至動力電池生產商的路徑經過的參與主體差異,理論上可分為三種回收路線。
第一種回收路徑為廢舊動力電池通過電動汽車經銷商回收;第二種回收路徑為通過電池租賃公司回收,廢舊動力電池經過上述兩種回收路徑最終流向動力電池生產商(部分生產商也可以聯合形成生產商聯盟)進行回收處理;第三種回收路徑最終流向為第三方回收公司回收處理,但是第三方回收公司需要依靠自主建立的動力電池的回收網點。

磷酸鐵鋰電池的梯次利用和金屬回收
磷酸鐵鋰電池回收后兩大利用途徑:梯次利用與拆解回收,這兩個途徑并不是排斥關系,而是互補關系。
廢舊電池梯次利用是指動力電池在達到設計使用壽命時,通過修復、改裝或再制造等方法使其能夠在合適的工作位置繼續使用的過程,而這個過程一般是同級或降級的應用形式。
廢舊電池的拆解回收則主要指通過化學、物理或生物手段拆解廢舊電池并回收其中的可利用資源。2017 年 2 月,國家出臺的《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》提到,鼓勵電池生產企業與綜合利用企業合作,在保證安全可控前提下,按照先梯次利用后再生利用原則,對廢舊動力蓄電池開展多層次、多用途的合理利用。
廢舊磷酸鐵鋰動力電池回收后先梯次利用,后拆解回收,將最大化電池的退役后價值。動力電池的性能會隨使用次數的增加而衰減,但當動力電池不能達到電動汽車的使用標準而退役時,其性能(電池容量)往往只下降到原性能的 80%。在電池性能仍維持在 80%-20%時,退役的動力電池可以經過相關的檢測評價依次用于低功率電動車、電網儲能、家庭儲能領域。而當電池性能下降至 20%時,可以對其進行報廢處理。

現行條件下,退役動力電池梯次利用在技術、市場上仍然存在較大的難度。
(1)技術角度看,動力電池與儲能電池遵循的技術標準不同、儲能領域對電池的溫度性能要求高,而部分退役的動力電池可能達不到儲能電池的使用要求、基于容量衰減機理分析建立電池壽命預測模型還不完善,造成梯度利用退役動力電池在評價檢測環節出現困難。
(2)市場角度看,建立梯次利用逆向物流系統較為復雜,中間涉及的環節較多,比直接的物理、化學、生物拆解回收復雜、消費者心理上對梯次利用電芯的市場接受度較低。
相較于梯次利用,退役動力電池拆解回收在技術上則相對成熟。廢舊的動力電池處理技術可以分為物理法、生物法及化學法;物理方法包括破碎浮選法和機械研磨法,但其分離效率極低,有價金屬回收一般還需要后續的處理流程;生物法利用微生物分解代謝,實現金屬離子的選擇性浸出與回收,但是生物法基本還停留在實驗室研究側層面,離大規模應用有一定距離。
拆解回收的主流方法基本上屬于化學法,包括三種處理工藝,火法處理、濕法處理、電極修復再生?;鸱ㄌ幚硎且环N比較初級的廢物處理方法,主要原理是將電池拆解或破碎后高溫焚燒使電池內的有機物氧化分解,電極材料和包裝材料中的金屬元素轉變為穩定的金屬氧化物,然后再進行分離回收。濕法處理工藝的相關研究開展較多,主要原理是利用酸液和堿液將電極材料溶解,然后在液相中實現各元素的分離和提純。電極修復再生工藝是近些年興起的處理工藝,將廢舊鋰離子電池中的電極材料拆解分離,使用電化學或物理化學等方法處理,恢復其受損的結構、電化學性能,使得材料可以再次用于使用場合或作為制備新的電極材料的前驅體。
三元電池正極材料回收與再生
目前,三元正極材料回收與再生的技術路線主要分以下兩種形式:
物理修復再生,對只是失去活性鋰元素的三元正極材料,直接添加鋰元素并通過高溫燒結進行修復再生;對于嚴重容量衰減、表面晶體結構發生改變的正極材料,進行水熱處理和短暫的高溫燒結再生;
冶金法回收,主要有火法、濕法、生物浸出法三種方式。其中火法耗能高,會產生有價成分損失,且產生有毒有害氣體;生物浸出法處理效果差,周期較長,且菌群培養困難;相比之下,濕法具有效率高、運行可靠、能耗低、不產生有毒有害氣體等優點,因此應用更普遍。



動力電池中的鈷、鎳、鋰等礦產資源全球緊缺,建立流向可控的回收管理體系、確保報廢電池和有價金屬回流到電池生產企業,還可避免環境污染,意義重大,是可持續發展的重大舉措。功在當代,利在千秋!