退役动力磷酸铁锂电池梯次利用的情况分析与建议

摘要：目前，磷酸铁锂电池是我国主要发展且用量较大的电动汽车动力电池之一。随着清洁能源汽车的深入 推广，退役电池数量在不断增加，回收压力越来越大。由于退役电池往往还保有一定使用寿命，如果能够开展梯 次应用研究，拓宽应用领域，可以有效延长使用期限，降低所使用场合的运营成本。针对退役磷酸铁锂电池回收 利用现状开展调查，进行技术性与经济性分析，并对今后的发展方向提出相关建议。
磷酸亚铁锂 1.0耀1.4 12耀20 130耀140 3.2
逸2 000 次 非常丰富
低廉 无毒 优秀 动力电池/超大容量电源
由于国家已经出台许多政策扶持电动汽车行业， 因此磷酸铁锂电池正在规模化生产应用于动力电池 和储能电池，新电池数量的增加，导致大量退役电池产 生，如何妥善处理成为重要问题。
2 回收利用情况
（3）回收企业资质不全。法律规定企业申请到危险
废物经营许可证才有废电池回收处理资质，但是真正 拥有资质的回收企业并不多，小企业非法回收扰乱了 市场，也带来了安全隐患。 2.2 回收处理进展
负极脱离，通过电解液进入电池的正极，此时 Li+从负
极流失，向正极富集。在充放电过程中，Li+处于从正
极—负极—正极的运动状态，磷酸铁锂电池的充放电
反应方程式如式（1）所示。
Li+FePO4葑LiFePO4
（1）
正极嵌锂材料
隔膜
负极嵌锂材料
图 1 磷酸铁锂电池工作原理图
1.3 电池分析 磷酸铁锂电池与其他类型的锂离子电池相比
退役动力磷酸铁锂电池梯次利用的情况分析与建议
行业交流
退役动力磷酸铁锂电池梯次利用的 情况分析与建议
王英东 ，，杨敬增 ，张承龙 ，，王景伟 ，
（1. 上海第二工业大学 电子废弃物研究中心，上海 201209； 2. 中国电子工程设计院，北京 100142；
3. 上海电子废弃物资源化协同创新中心，上海 201209）
经 济
襍2017 年/第 10 卷/第 4 期襊
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行业交流
材料 振实密度 （/ g·cm-3） 比表面积 （/ m2·g-1） 比容量 （/ mAh·g-1）
电压平台 /V 循环性能
过渡金属资源 原料成本 环保 安全性能 适用领域
退役动力磷酸铁锂电池梯次利用的情况分析与建议
钴酸锂 2.8耀3.0 0.4耀0.6 135耀140
虽然主管部门和企业大力推行磷酸铁锂电池，但 由于尚处于大量装备车辆阶段，回收利用还处于起步 阶段，现有的回收体系也不健全，主要有以下几方面 问题。
（1）回收量小。动力电池在我国近几年才得到广泛 使用，没有出现大规模报废。回收的电池大多来自于 企业的报废电池，个人的电池回收意识不强，数量也 有限。
（2）没有完整的回收网络。目前主要靠各地回收公 司进行回收，电池虽然量大，但是零散，少量电池回收 价值不高，还可能当作生活垃圾处理掉。
1 mol/L 的六氟磷酸锂（LiPF6）的有机碳酸酯ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ解液[1]。 1.2 工作原理
磷酸铁锂电池的工作原理如图 1 所示，充放电通
过 Li+的浓度差进行，电解质分隔的上下两端构成电池
的正负极，整个电池材料由金属外壳密封包装[2]。当电
池充电时，Li+从正极脱离，通过电解液进入电池的负
极，Li+从正极流失，向负极富集；当电池放电时，Li+从
如果直接将废弃的磷酸铁锂电池丢弃，会造成环 境污染和资源浪费，由于其潜在的危害和巨大的经济 价值，世界各国相继展开积极的研究。 2.1 回收现状
产业界最开始并没有针对磷酸铁锂电池一类单 独回收，而是侧重锂电池整体的回收。美国 Toxco 公司 采用低温破碎分离法回收处理锂离子电池材料，目前 已经建成年加工处理废旧锂离子电池规模达 3 500 t 的工厂，并展开运行[6]；日本矿业金属公司和日本著名 蓄电池制造商汤浅（GS Yuasa）公司也在计划从废旧的 电动汽车用电池中回收锂资源[7]。近几年，由于磷酸铁 锂凭借其成本、性能、寿命等方面的优势，得到广泛应 用，关于磷酸铁锂电池的回收工作也陆续展开。
3.6 逸300 次
贫乏 很高 含钴 差 小电池
表 1 各类锂离子电池性能比较[5] 镍钴锰 2.0耀2.3 0.2耀0.4 155耀165 3.5 逸800 次 贫乏 高 含钴镍 较好
小电池/小型动力电池
锰酸锂 2.2耀2.4 0.4耀0.8 100耀115
3.7 逸500 次
丰富 低廉 无毒 良好 动力电池
充电
充电
Li+
Li+
Li+
电解液
Li+
Li+
放电
Li+
Li+
Li+
上，其中活性物质为磷酸铁锂（LiFePO4）；负极由负极 活性物质、乙炔黑和粘结剂混合均匀涂于铜箔集流体上，
负极多选用石墨等碳素材料。正负极厚 0.18~0.20 mm，
中 间 用 约 10 滋m 聚 乙 烯 或 聚 丙 烯 膜 隔 开 ，并 充 以
具有一定的优势，如表 1[3]，电池循环性能好，可循环 2 000 次以上；铁资源丰富，价格便宜；结构稳定，性能 安全，在强烈碰撞下不会发生爆炸。但是磷酸铁锂电 池也存在一定缺陷，例如较大的体积和重量对使用条 件有一定限制，多次充放电循环后容量衰减快，内阻 增大，自放电现象严重等[4]。经过比较可以发现，磷酸 铁锂电池由于其材料易得、成本低、安全性好的特点， 得到大力的推广和应用。目前，国内的磷酸铁锂正极 材料厂商超过 60 家，能批量生产的接近 20 家，全球的 骨干生产厂家主要有美国的 Valence、A123 和天津斯 特兰[5]等。
再
生
资
源
基金项目：国家自然科学基金项目（51474146）；上海市自然基金项目（14ZR1416900）；上海第二工业大学校重点学科建设项目
与 循
（XXKZD1602）；上海知识服务平台项目（ZF1224）；校研究生基金项目（A01GY17F022）
环
作者简介：王英东（1993-），男，山东潍坊人，环境工程硕士研究生，研究方向：电子废弃物资源化。
关键词：磷酸铁锂；退役电池；梯次利用 中图分类号：X705 文献标志码：A 文章编号：1674-0912（2017）04-0023-05
1 电池介绍
1.1 电池组成 磷酸铁锂电池主要由外壳、正极、负极、隔膜及电
解液组成：外壳多为不锈钢、铝合金或塑料；正极由活 性物质、乙炔黑和粘结剂混合均匀涂于铝箔集流体