浅谈废旧锂电池回收

浅谈废旧锂电池回收

李兆年/文

【摘要】随着新能源汽车的发展，新能源汽车核心的动力电池也在迅速增加。目前如何安全回收、环保处理、加强废旧动力电池的规范化循环利用，已经成为行业人士关注的焦点。在废旧电池的处理过程中，根据处理方式主要有梯次利用和拆解回收；根据工艺的不同可以划分为：常用回收工艺一般包括化学回收、物理回收、生物回收和联合法四类。未来的废旧锂电池回收技术研究将围绕预处理步骤中的安全问题、二次处理步骤中的污染防治、深度处理步骤中的完全回收、废旧锂离子动力电池中各成分的综合回收利用四个方向展开。

【关键词】废旧锂电池；资源再利用；梯次利用；拆解回收；回收技术

化石能源促进了人类文明进步和发展，内燃机的使用极大提高了物流运输的效率并降低成本。然而也带来诸多问题，例如资源储量不足和环境污染问题，其中环境污染问题随着国际社会对环保的重视也促使各国寻求新的能源动力。伴随相关技术发展，锂离子二次电池所代表的电驱动汽车成为焦点。近年来随

着相关政策的推动，我国的新能源汽车

行业得到迅猛发展，中国也已成为世界

上主要的新能源汽车消费市场，然而伴

随市场的发展和相关环保政策的出台，

废旧锂电池的回收工作未来或将成为行

业发展下游至关重要的一环。

新能源汽车保有量的快速增加，意

味着即将报废的新能源汽车的核心——

动力电池也迅速增长，大量的废旧动力

电池该如何进行妥善处理？目前如何安

全回收、环保处理，加强废旧动力电池

的规范化循环利用，已经成为业内人士

普遍关注的话题。动力电池在新能源汽

1.废旧动力电池的梯次利用

1.1退役动力电池在通信基站领域的梯次利用

随着我国通信技术的发展，通信基

站对电池的需求增加且对电池寿命和安全性有较高要求。锂电池在循环寿命、能量密度、高温性能等方面具有明显优

势，因此将退役磷酸铁锂电池应用在通信基站领域，将具有很大优势。

此类电池若要得到梯次利用，必须

车上的使用寿命普遍在8年左右，在新能源汽车行业的强势增长下，国内首批进入市场的汽车动力电池即将迎来“报废潮”。通过研究，预计到2020年当年动力电池的报废量约有20万吨，到2025年全年的报废量将达到100万吨，而到2030年这一数字将达到惊人的300万吨。

目前我国动力电池主要以磷铁酸锂、三元锂为主，以及少量钛酸锂、钴酸锂、锰酸锂电池。废旧动力电池中含有大量的锰、钴、镍等重金属元素，同时其电解液中也含有六氟磷酸锂等高毒性物质及挥发物，不当处置会对环境造

成严重破坏。电池内许多国内稀缺原材料，经挑选、测试等环节可进一步应用于储能、发电等领域。[1]从环境治理和资源利用的角度来看，废旧动力电池回收和循环利用对新能源汽车发展至关重要。通过对废旧新能源汽车拆解及电池回收再利用，避免污染环境的同时提升电池利用效率、创造新的利润空间，降低新能源汽车的成本。

国务院印发的《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020年）》的通知中明确提到，加强动力电池梯级利用和回收管理，制定动力电池回收利用管理办法，引导动力电池生产企业加强

对废旧电池的回收利用。随着动力电池回收问题日益突出，近年来国家及地方均发布了相关的政策，规范及督促回收行业发展。[2]

目前废旧动力电池的回收利用主要有两种分别为梯次利用和拆解回收。

[3]

动力电池性能随着充电次数增加而衰

减，当电池容量衰减至额定容量的80%以下时，动力电池就不适用于电动汽车上。此时将退役的动力电池运用在储能、分布式光伏发电、低速电动车等领域发挥再利用价值，就称为梯次利用，而当电池无法进行梯次利用时，则需要进行

拆解回收。

梯次利用电池在低速电动车领域的盈利

铅酸电池与梯次利用磷酸铁锂电池在储能方面对比数据利

2.废旧动力电池的拆解回收

目前废旧动力电池回收工艺主要包括3个步骤：预处理，电极材料的二次处理和深度回收。[4]每一步骤包含多种处理方法，这也造成了动力电池回收的复杂性。废旧电池的预处理，主要是通

过破碎或筛分移除有害源、分解废旧电池，实现简单的分离分类；二次处理则是指针对性的处理电池组成、溶解内部混合物，常用方法有酸溶和两步酸溶/碱溶电池内部混合物；深度回收是为了

获得正极材料，常用回收工艺一般包括化学回收、物理回收、生物回收和联合法四类，根据处理方法不同，化学回收工艺又分为湿法回收技术和火法回收技术。

对回收的电池进行拆包、检测及重组处

理，最终得到一致性较好的梯次电池。

[3]

1.2退役动力电池在低速电动车

领域的梯次利用

近年来低速电动汽车得到发展，面对前景广阔的低速车市场，若将电动汽车上退役下来的动力电池用于低速车领

域，将获得较快发展。其中快递领域对低速快递车的需求强烈，退役动力电池

在该市场具有较好的应用前景。

2.1废旧电池的预处理

直接处理废锂电池可能会造成电池内部短路，迅速放热，产生安全隐患。为了安全处理废旧锂电池，在进行预处理之前要对废旧锂电池进行放电处理，使得废旧锂电池处于安全状态。预处理工艺主要以物理法和破碎分选为主，具体地包括：机械剥离电池外壳（金属/塑料）、粉碎电极材料、粉碎后材料的分选等过程。

2.2废旧动力电池的二次处理

回收废旧动力电池的二次处理过程实际是采用溶解—浸出的方式对电极材料进行处理。预处理后的电极材料使用酸碱溶液溶解，在此过程中材料中的金属离子还原为金属或对应的氧化物、氯化物等无机盐，该步骤为整个工艺体系的关键。

2.3废旧动力电池的深度回收

二次处理后的浸出液可能含有Li、Co、Ni、Mn、Cu、Al、Fe 等多种金属元素。通过大量的研究测试，目前应用较为成熟的方法主要有：溶剂萃取法、化学沉淀法、盐析法、离子交换法、电化学方法等。[5]从目标产物的回收率和纯度上看，溶剂萃取法比化学沉淀法条件温和、回收效果具有明显优势，但是溶剂萃取法能耗高、工艺复杂。虽然化

学沉淀法具有高回收率，但工艺繁琐。

[8]

在金属离子的处理上，化学性质差异大的金属离子采用盐析法处理，离子尺寸明显不同的离子可采用离子交换或盐析法处理。因为金属离子性质的差异，采用离子交换法或电化学方法，工艺相对简单，但对设备要求较高，此外电化学工艺能耗大，回收成本高。[5]

常用的深度回收工艺一般包括化学回收、物理回收、生物回收联合法四类，根据处理方法不同，化学回收工艺又分为湿法回收技术和火法回收技术。

2.3.1物理回收工艺

物理回收工艺主要指将废旧动力电池内部成分，如电极活性物质、集流体和电池外壳等组分经过破碎、过筛、磁选分离、精细粉碎和分类等一系列手段，得到有价值产物，然后再进行下一步回收的过程。其流程如图所示。[3]

2.3.2化学回收工艺

火法回收工艺

火法回收技术首先需要对废旧电池进行放电处理，然后按电池种类进行分类，通过振动筛选和磁选分离金属外壳和电极材料部分，将电极材料部分放入干电弧炉内高温处理，电极碎片中的炭