中國粉體網(wǎng)訊 新能源電動車行業(yè)的快速發(fā)展導致廢舊動力電池數(shù)量激增，包括退役動力電池在內(nèi)的廢舊鋰離子電池回收問題凸顯,。由于退役動力電池兼具環(huán)境危害性和資源性,，若不對其進行回收利用，會造成嚴重的環(huán)境污染和資源浪費,。
9月16日,，在工業(yè)和信息化部舉行的主題發(fā)布會上，工業(yè)和信息化部節(jié)能與綜合利用司司長黃利斌表示,，下一步將加快出臺一批動力電池回收利用國家標準,、行業(yè)標準。
“隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,，動力電池退役量逐年上升,。做好動力電池回收利用工作，對于保護生態(tài)環(huán)境,、提高資源利用效率,、保障新能源汽車產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展具有重要意義�,！秉S利斌指出,。
動力電池回收的千億藍海
根據(jù)公安部統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，截至今年6月底,，我國新能源汽車保有量已經(jīng)突破千萬,，達到1001萬輛,。此外，新能源汽車銷量還在成倍增長,，業(yè)內(nèi)諸多觀點認為,，今年新能源乘用車銷量將超過600萬輛。
在新能源汽車迅猛發(fā)展,、上游原材料大幅漲價以及“歐盟電池最新法案”等多重因素驅(qū)動下,，動力電池回收行業(yè)去年開始升溫，資本,、車企,、電池生產(chǎn)商逐漸涌入電池回收賽道，電池回收企業(yè)更是成為了合作中的“香餑餑”,。
2021年下半年以來,，各大券商幾乎異口同聲地喊出“千億風口”的誘人口號。比如,，天風證券預測,，在中性預期下，預計2030年我國動力電池回收的市場總規(guī)模將達到758.4億元,，樂觀情形下,，2030年動力電池回收市場總規(guī)模則有望達到1048.9億元。千億市場風起,，動力電池回收從不被重視的“破爛兒”行業(yè)將變成未來的一片新藍海,。
動力電池回收白名單企業(yè)
動力電池回收行業(yè)2020年起步，2021年進入白熱化競爭階段,，原因是2021年新能源汽車銷量大幅增長,，致使動力電池回收的“千億風口”提前到來。不過,，萬家企業(yè)“搶破爛”熱潮之下,，無序競爭、劣幣驅(qū)逐良幣,、環(huán)保隱患等問題日益凸顯,。
為了加強綜合利用企業(yè)的規(guī)范化管理，同時也對相關(guān)企業(yè)具備的技術(shù),、裝備和工藝等提出要求,，工信部根據(jù)相關(guān)規(guī)范分別于2018年、2020年,、2021年先后公布了三批符合《新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業(yè)規(guī)范條件》的企業(yè)名單（俗稱白名單）,。
第一批符合新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業(yè)規(guī)范條件企業(yè)名單（來源：梁展星等，《廢舊動力電池回收利用技術(shù)與政策分析》）
到目前為止，三批動力電池回收利用白名單企業(yè)共計已達47家,，廢舊動力電池回收市場已成為近期各大電池,、新能源廠商及資本關(guān)注的焦點。
動力電池回收工藝
正極材料回收
鋰電池種類較多,，根據(jù)正極材料區(qū)分常見的有鈷酸鋰電池,、磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池等,，這些鋰電池中含有較多的Co,、Ni、Mn,、Li、Fe等金屬資源,，具有很高的回收價值,。目前工藝上主要有火法冶金與濕法回收。
早期的火法冶金中,，廢舊電池幾乎不經(jīng)過任何前處理,，直接將電池組拆分后進行煅燒。對于貴重金屬含量較高的廢電池來說,，這種方法具有經(jīng)濟可行性,，但對于磷酸鐵鋰或錳酸鋰等電池來說難以實行。傳統(tǒng)的火法冶金能耗高,、材料損失大,、會產(chǎn)生有毒氣體，而且無法回收鋰,。后來有人利用火法冶金與其他方法相結(jié)合的方式來實現(xiàn)鋰的回收,，比如火法結(jié)合濕法冶金、真空蒸發(fā)以及惰性氣體氛圍焙燒等,。這些方法最終都可以得到鋰化合物,，減少了鋰損失。
濕法回收主要包括浸出和分離（萃取,、沉淀）過程,，通過酸或堿對鋰電池正極材料進行溶解，將正極活性物質(zhì)中的金屬組分浸出,，再通過萃取,、沉淀等工藝程序獲得相應(yīng)的金屬及金屬化合物。濕法冶金是一種很成熟的廢舊鋰電池處理方法,，更適合中小規(guī)模廢舊鋰離子電池的回收,。其優(yōu)點是處理成本較低，有價金屬綜合回收率較高,，但回收過程用到大量的酸或堿,，對環(huán)境影響較大,。
負極材料回收
目前對負極材料的研究相對較少。負極材料以碳為主,，包括石墨,、銅箔、硅碳合金和鈦酸鋰材料,。石墨和銅箔的回收可以解決電池級石墨和精銅資源短缺的問題,，目前主要通過高溫煅燒法、酸浸法,、硫酸固化法,、電化學法等來收集石墨。
石墨回收方法：(a)無機酸回收,；(b)硫酸固化法,；(c)電化學法（來源：燕喬一等，《鋰離子電池負極石墨回收處理及資源循環(huán)》）
最常用的回收方法是酸浸處理法,，以三氟乙酸和無機酸為溶劑,，通過脫除石墨廢料中的層間金屬離子和其他未分離的正極材料/集流體等來獲得深度凈化的石墨，再經(jīng)預煅燒-草酸鹽球磨混合-長時間高溫石墨化處理才可得電池級石墨負極材料,。該工藝路線雖然成熟,，但是存在流程長、成本高等弊端,。
電解液回收
電解液主要由鋰鹽,、有機溶劑和添加劑組成。由于市場需求旺盛,，碳酸酯溶劑和鋰鹽價格逐年升高,，溶劑碳酸二甲酯（DMC）在2022年初達10000元/噸，而鋰鹽LiPF6高達55萬元/噸,。中國能提供F元素的螢石僅能供開采約15年,，成本日益增加。此外LiPF6極易分解,，在空氣中遇到痕量水即會分解產(chǎn)生HF,、OPF3等有害物質(zhì)，對人體健康和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生巨大危害,�,？紤]到未來廢電解液量將非常巨大，從資源和環(huán)保角度出發(fā),，電解液回收及高值化利用均迫在眉睫,。
電解液基本組成（來源：張群斌等，《廢舊電池電解液回收及高值化利用研發(fā)進展》）
電解液回收主要在動力電池拆解及破碎工序進行，多采用物理手段將其提取出來,�,？紤]到成本及規(guī)模等因素，目前大多數(shù)企業(yè)僅回收高價值的能源金屬元素,，忽略電解液的回收,。
不同電解液回收的機理示意圖：(a)冷凍法；(b)機械離心法,；(c)有機溶劑萃取法,；(d)、(e)超臨界二氧化碳萃取法,；(f)鋰鹽回收方法（來源：張群斌等,，《廢舊電池電解液回收及高值化利用研發(fā)進展》）
截至目前僅有少數(shù)企業(yè)開展過電解液的回收技術(shù)研發(fā)。英國AEA公司經(jīng)低溫破碎,、分離鋼材后,，用乙腈提取電池中的電解液，采用N-甲基吡咯烷酮（NMP）提取黏合劑（PVDF）,，分選后得到Cu、Al和塑料,，電沉積法將溶液中的Co轉(zhuǎn)化為CoO,，流程如下圖（c）所示。日本OnTo公司開發(fā)了Eco-Bat工藝,，將電池放置在一定壓力和溫度的容器中,，用液態(tài)二氧化碳溶解電池內(nèi)的電解液，改變溫度和壓力使CO2氣化,，進而讓電解液從中脫出,，流程如下圖（d）所示。
國內(nèi)外企業(yè)回收鋰電池電解液案例：(a)格林美工藝;(b)比利時Umicore工藝;(c)英國AEA工藝;(d)日本OnTo工藝;(e)法國Recupyl工藝（來源：張群斌等,，《廢舊電池電解液回收及高值化利用研發(fā)進展》）
動力電池回收技術(shù)中國知識產(chǎn)權(quán)
采用文獻計量與專利計量相結(jié)合的研究方法,，并借鑒邱均平等提出的指標體系，以生產(chǎn)力,、影響力和創(chuàng)新力為衡量指標,，分析中國知識產(chǎn)權(quán)在該領(lǐng)域的全球競爭力。
論文分析
廢舊鋰離子電池回收技術(shù)發(fā)文量前10的機構(gòu)（來源：周超峰等,，《廢舊鋰離子電池回收技術(shù)中國知識產(chǎn)權(quán)》）
生產(chǎn)力方面,，以發(fā)文量和全球占比為衡量指標，結(jié)果顯示：在前10位主要機構(gòu)中有6位來自中國,。其中,，中國科學院和中南大學在發(fā)文量和全球占比方面占絕對優(yōu)勢，處于第一梯隊，成為該技術(shù)發(fā)展的主要發(fā)文力量,；美國能源部和德國亥姆霍茲聯(lián)合會是為發(fā)文量最多的國外機構(gòu),，位居第二梯隊，屬于該技術(shù)發(fā)展的重要發(fā)文力量,。
影響力方面,，以H指數(shù)、總他引次數(shù)和篇均他引次數(shù)為衡量指標,，結(jié)果顯示：中國科學院,、中南大學和美國能源部居H指數(shù)和總他引次數(shù)的前三位；北京理工大學,、中國科學院和美國能源部位列篇均他引次數(shù)前三位,。
創(chuàng)新力方面，以高被引論文數(shù)量為衡量指標,，由多到少依次為中南大學,、中國科學院、德國亥姆霍茲聯(lián)合會和印度科學和工業(yè)研究理事會,，進一步反映出中國在該領(lǐng)域的引領(lǐng)作用,。美國、德國,、法國和印度盡管在此方面與中國有一定的差距,，但影響力也不容小覷。
專利分析
前10位創(chuàng)新主體及專利分布（來源：周超峰等,，《廢舊鋰離子電池回收技術(shù)中國知識產(chǎn)權(quán)》）
專利方面,，僅中國的中南大學和昆明理工大學覆蓋了所有技術(shù)領(lǐng)域。但從創(chuàng)新主體性質(zhì)來看,，美日兩國的創(chuàng)新主體以注重經(jīng)濟效益和實用價值的企業(yè)為主,，企業(yè)成為兩國在廢舊鋰離子電池回收技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新力量；而中國創(chuàng)新主體則以高校和科研院所為主,，企業(yè)較少,。這反映出我國在該領(lǐng)域的創(chuàng)新主體方面與美日存在較大差異。
結(jié)語與展望
鋰電池是新能源汽車和電化學儲能系統(tǒng)的重要組成,，是實現(xiàn)國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和“碳中和”目標的關(guān)鍵儲能技術(shù),。隨著新能源汽車普及和可再生能源的大規(guī)模利用，鋰離子電池在儲能領(lǐng)域的作用將越來越大,，電池回收也成為一個重要問題,。
企業(yè)方面，企業(yè)應(yīng)抓住機遇,，在降低成本,、優(yōu)化流程,、提高效率等方面加大研發(fā)投，以提高企業(yè)市場競爭力,。
回收工藝方面,，以往回收主要集中在高價金屬元素的回收和利用，對負極材料與電解液回收利用較少,。然而,，負極含電池級石墨材料，電解液中含有大量的有機溶劑和鋰鹽,，進行回收處理和資源再生研究,，不僅可以有效緩解市場的潛在供需風險，還可減少對環(huán)境的二次污染,。
知識產(chǎn)權(quán)方面,，針對我國創(chuàng)新主體以高校和科研院所為主、企業(yè)較少的現(xiàn)象,，建議相關(guān)部門積極制定激勵措施,，積極引導企業(yè)、高校,、科研院所之間的專利融合,；以市場為導向，組建“政-產(chǎn)-學-研-用”五位一體的合作聯(lián)盟,，構(gòu)建廢舊鋰離子電池回收產(chǎn)業(yè)鏈的知識產(chǎn)權(quán)保護體系,，促進實驗室技術(shù)向市場轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化，提升相關(guān)科研成果的先進性,、實用性、競爭性和影響力,。
參考資料：
1,、人民網(wǎng)，《工信部：將加快出臺一批動力電池回收利用國家標準,、行業(yè)標準》
2,、徐正震等，《廢舊鋰電池正極材料中有價金屬的回收工藝研究進展》
3,、梁展星等,，《廢舊動力電池回收利用技術(shù)與政策分析》
4、張群斌等,，《廢舊電池電解液回收及高值化利用研發(fā)進展》
5,、燕喬一等，《鋰離子電池負極石墨回收處理及資源循環(huán)》
6,、周超峰等,，《廢舊鋰離子電池回收技術(shù)中國知識產(chǎn)權(quán)》
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/長安）
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