动力电池回收及梯次利用研究现状.docx

动力电池回收及梯次利用研究现状朱广燕，刘三兵，海滨，陈效华 (奇瑞汽车股份有限公司前瞻技术科学院，安徽芜湖241006)摘要：随着传统能源与环境矛盾的日益突出，电动汽车已经越来越普及。然而，电动汽车淘汰下来的剩余容量为80左 右的动力电池的回收以及梯次利用成为了一个关键问题。综述了电动汽车用动力电池的回收与梯次利用研究进展，并 对发展方向进行了展望。关键词：动力电池；回收；梯次利用中图分类号：TM 9129 文献标识码：A 文章编号：1002087 X(2015)07156403Research status of power battery recycling and echelon utilizationZHU Guangyan，LIU Sanbing，HAI Bin，CHEN Xiaohua(ScientificResearchInstitute，CheryAutomobileCoLTD,WuhuAnhui241006，Child)Abstract：The contradiction between the traditional energy and the environment become increasingly prominent，and the electric car has been becoming more and more popularHowever，the recycling and echelon utilization of the residual 80capacity baffe吖has become a key issueThe research status of power batte吖recycling and echelon utilization was reviewedThe prospects of recycling and echelon utilization were predictedKey words：power baffery；recycling；echelon utilization能源与环境已成为当前全球最为关注的问题。传统燃油研究方向，但作为资源高效循环利用的能源产品，铅酸电池是 汽车作为消耗石油资源和污染环境的大户，正在不断受到新基本不消耗资源的产业，是所有电池中唯一拥有成熟回收、再 型清洁能源汽车的冲击。电动汽车以电代油，能够实现“零排 生利用技术的电池类型，回收再生率可达99。为电池的循环 放”与“低噪音”，是解决能源和环境问题的重要手段。随着石 利用提供了便利。 油资源的紧张和电池技术的发展，电动汽车开始在世界范围作为目前电动汽车用动力电池的主要方案的锂离子电内逐渐推广应用。以电动汽车为代表的新一代节能与环保汽池，具有铅酸电池所不具备的优势体积小、质量轻、循环车是汽车工业发展的必然趋势已经成为普遍共识】。使用寿命长等。续航里程也有了极大的提高，在不少专家眼 然而，动力电池的性能随使用次数的增加而衰减，当动力里，锂电池是未来电池发展的主要趋势之一，在汽车行业里，电池性能下降到原性能的80时，将不能达到电动汽车的使也将成为未来主要的动力提供源。 用标准。随着电动汽车保有量的增加，不能达到电动汽车使用目前锂离子电池各种正极材料中三元系正极材料因其含 标准的动力电池组件将大量涌现。如何处理这些从电动汽车有高价值的钻、镍等，回收价值最高，磷酸铁锂、锰酸锂类正极 上淘汰下来的电池，将会逐渐成为新能源汽车产业发展与环 材料回收价值较小，且锂电池回收工艺成本较高。 境、资源之间的矛盾。动力电池是否能够有效回收利用将直接 回收电池的技术路线比较复杂，比如在对废锂电池的处 影响新能源汽车产业的可持续发展和国家节能减排战略的有理上，首先要对其进行预处理，包括放电、拆解、粉碎、分选；拆 效实施。因此，尽快建立出台动力电池回收及二次利用的管理解后的塑料及铁外壳回收；再对电极材料进行碱浸出、酸浸 制度，形成科学的循环利用体系，为新能源汽车产业的可持续 出、除杂后进行萃取m1。 发展提供重要保障是当前急需解决的一个关键问题。本文拟尽管目前动力电池回收的经济性不高，随着应用规模扩 对目前的主要动力电池，锂离子电池的回收及梯次利用阐述 大，资源逐渐枯竭，回收利用环节将显示出极大价值。或许未 笔者的观点。来推动行业竞争的主要场所不再是锂资源开采，而是回收01。1电池回收现状11国外电池回收现状不同电池采用的材料不同，在回收利用时的价值和采取日本矿业金属公司和日本著名蓄电池制造商汤浅(GS 的技术手段也大有不同。铅酸电池目前也是动力电池的一个Yuasa)公司也在计划从废旧的电动汽车用电池中回收锂资源 1。本田汽车公司也正采取措施提取电池内可回收利用的金收稿日期：20141225基金项目：国家电网公司课题资助(QRB1272) 属，同时与金属生产商合作提取电池内所含的稀土，以推进资作者简介：朱广燕(1983一)，男，安徽省人，工程师，硕士。主要研 源回收利用活动的发展。丰田汽车公司则从电池中提取金属究方向为动力锂离子电池材料。201 57 V0139 NO7 1 564万方数据镍作为电池原料，同时也积极推进其他金属的回收利用。此夫球车上。通过梯次利用，不仅可以让动力电池性能得到充分 外，日产汽车公司及三菱汽车公司也在其公司内进行电池回 的发挥，有利于节能减排，还可以缓解大量动力电池进入回收 收实验。 阶段给回收工作带来的压力【19-201。目前动力电池的梯次利用在 在欧洲回收企业已具备了先进的锂电池回收处理技术，国内外均处于开始研发阶段，但已经可以看出，这将是电动汽优美科公司新开发超高温处理技术(火法回收)，可用于大量处车动力电池的主要落脚点。理废旧锂电池。优美科公司位于比利时安特卫普的霍博肯工 21国外动力电池梯次利用现状 厂目前能够达到年处理7 000吨的规模。丰田汽车公司与优美 目前，国外关于动力电池的梯次利用也是处于起步阶段， 科合作，拟对两款丰田汽车的锂离子电池进行回收。德国环境 也是以储能二次利用为主。 部己支持相关研究机构和企业开展动力电池回收利用研究项美国杜克能源与日本伊藤忠集团已签署共同研发先进能 目，目的是研究电池材料的回收方法、动力电池回收网络体系源技术协议，着手开展关于电动汽车电池回收利用的评估与 建设和电池拆解流程。 测试工作，包括用于其他用途(家庭能源、储能电站等)二次利112我国电池回收现状用【2l】。欧美建立了可充电电池回收梯次利用网络，相关资源利我国行业主管部门也十分重视电动汽车动力电池的回收用企业也具备了锂电池的批量回收利用技术，为回收处理汽 利用工作。2010年公布的节能与新能源汽车产业规划(征求车动力电池做好了技术储备。 意见稿)提出：加快培育节能与新能源汽车产业链，推进充电22我国动力电池梯次利用现状 设施、蓄电池回收利用、资源开发利用等方面的协同发展；在根据中国汽车技术研究中心专家黎宇科介绍，预计2015保障措施中明确提出：制定新能源汽车动力电池回收利用管年，动力电池累计报废量约在24万吨左右，到2020年前后， 理办法，设定动力电池回收及再生企业准人条件，明确动力电我国仅纯电动(含插电式)乘用车和混合动力乘用车动力电池 池收集、存储、运输、再生处理等环节的管理要求，研究制定促 累计报废量将达到1 2-1 7万吨的规模22】。 进电池再生企业提高技术水平和环保水平的优惠政策。国家节能与新能源汽车产业发展规划(201l一2020)明由于我国车用动力电池尚未出现大规模报废的情况，因确提出要制定动力电池回收利用管理办法，建立动力电池梯 此，尚未建立专业车用动力电池回收利用体系。从回收处理技级利用和回收管理体系。术角度来说，汽车用动力电池与消费类电子产品中的氢镍、镉国家信息中心产业研究部副处长李伟利认为，“动力电池 镍、锂电池的回收处理路线基本相同，主要是提取镍、钴、稀土 回收可能更多的还是看中再次利用，形成多批次的使用。”正 元素等有价值的金属，目前，国内已基本具备相应的回收处理 如清华大学汽车研究所所长陈全世所言：“动力锂电池从开 技术。我国已有一定数量的锂电池回收企业，回收服务网络正 始使用到电池能量完全耗尽报废的寿命约为20年，但用于汽 逐渐扩大。我国已具有回收车用动力电池的基础，今后应有效 车的动力电池使用寿命只有35年。2008年奥运会期间北京 利用并完善现有回收网络，使其更适合车用动力电池这种资 投入的50辆纯电动大客车电池已近报废期，如何处理替换下 源相对集中的大型电池的回收。来的电池已摆在面前，北京市面对动力电池现实中遇到的问 在我国，废旧电池的处理工艺流程相对成熟。首先，需将题，研究制定并且已经通过了关于动力电池后续使用的地方标动力电池拆解，由于动力电池的材料对环境有潜在的污染隐 准。初步想法是，把容量低于80的电池继续用于储能。” 患，所以不能只是对其进行简单的破碎处理。要根据回收目的湖南南车时代电动汽车股份有限公司总经理申宇翔曾对 的不同使用不同的回收处理技术，主要有机械法回收、火法冶电池的再利用表达自己的观点1241：“湖南南车时代与电池厂家 金和湿法冶金三种技术。动力电池在破碎、加热过程中可能发 一直保持着战略合作关系，对于整车企业来讲，希望电池厂家 生放电、短路的现象，同时，电池中的各种物质会发生分解反 能够为电池的未来做出考虑从电池出厂到电池最后报 应，也会与水、空气反应产生大量毒气甚至爆炸。因此，在破碎 废，在电池的整个生命周期中，客观地讲，在驱动方面淘汰的 前需要对废旧电池进行放电操作，而且分解、破碎过程应避免 动力电池，实际上还可以实现二次利用比如储能。” 接触空气和水，同时要做好防爆和防毒气等安全措施。电池中 天津力神电池股份有限公司前瞻研究部总监杨华通向记 的电解质和高分子隔膜均为难降解材料，所以应避免混入废者表述了力神未来对于电池回收的规划：“在电池进入大量回 水中增加其处理难度12-141。 收阶段后，可以将电池分梯度来利用。第一步淘汰的废旧电2动力电池梯次利用现状池，可以作为储能电池来利用。从储能设备上二次淘汰下来的 当动力电池容量衰减至80的时候，就不再适合于继续电池，再进行分解回收。这样分两步走，可以让电池性能得到 在电动汽车上使用，如直接报废进行回收处理，没有将电池的充分的发挥，也可以缓解大量动力电池进入回收阶段给回收价值最大体现lls-ls。从电动汽车上报废的动力电池还可以在其 工作带来的压力。” 它场合继续发挥它的作用。在电池外观完好、没有破损、各功北京海博思创科技有限公司与北京电力公司合作于 能元件有效的情况下，可进行二次利用，作为太阳能、风能等 2012年完成360 kWh废旧电池梯次利用于储能系统项目，此 清洁能源的储能装置(如用于对太阳能路灯的电极板进行充 项目为国内首创综合利用北京奥运会退役电动汽车锂电池于 电)，也可以用在公园景区的短距离电动场地车、游览车、高尔智能电网储能系统，为进一步大规模利用废旧电动汽车动力1 565201 57 V0 J39 N07万方数据电池奠定了良好的技术与实践基础。术，201 1(10)：131713192012年1月，江西省电力公司“产学研”结合积极推进电 7 ZOU H Y，GRATZ E，APELIAN D，et a1A novel method to reey-cle mixed cathode materials for tithium ion batteriesJEnergy En-动汽车动力电池梯次利用技术研究，联合了中国汽车技术研究viron Sci，2013，15：1183-1191中心、奇瑞汽车股份有限公司、武汉大学等多家单位于2012年8】BERNARDES A MESPINOSA D C R。TENORIO J A SRecy-cling of batteries：A review of current processes and technologies1月成立了“动力电池梯次利用研究与示范”项目组。开展梯J1Journal ofPower Sources，2004，130(1)：291298次利用示范，从而促进低碳电力发展和动力电池的高效梯次利9张骁君，李光明，贺文智，等废锂离子电池回收利用研究进展用。J】化学世界，2009(1)：60-6310唐艳芬，高虹国内外废旧电池回收处理现状研究【J】有色矿2012年8月，国家电网公司“电动汽车动力电池梯次利 冶，2007(4)：50-52用技术研究与示范”项目在河南郑州启动。该项目是2012年方海峰，黎字科，黄永电动汽车废旧动力蓄电池的回收利用技术及发展EBOL201412121http：wwwnevfocuscomnews国家电网公司总部科技项目在电动汽车与储能技术领域的独201 103212104html立课题，由河南省电力公司牵头实施，国网电科院、河南环宇12黎宇科有效利用并完善我国车用动力电池回收体系【J】低碳世界。2012(5)：3031赛尔以及中南大学参与，项目实施期限为2013年12月。13】魏长宽废旧手机电池回收利用研究D】青岛：中国海洋大学，3展望20084程晓玲我国废旧电池回收利用中存在的问题与对策【J】厦门随着电动汽车的普及，电动汽车用动力锂离子电池的出 广播电视大学学报，2010(4)：6062路问题已经成为亟待解决的关键问题，建立完善的电池回收m5MUKHERJEE N，STERICKI，AND D，CROSS A，et a1Reliabili-ty estimation of second life battery system power electronic topo及梯次利用体系越来越显得重要。目前，我国车用动力电池尚Iogies for grid frequency response applicationsCProceedings of未出现大规模报废的情况，现在还有时间进行体系建设。可以the 6“international conference on power electronics，machinesand drivesBristol，UK：IEEE，2012：1-6通过政府部门牵头，尽快建立出台动力电池回收利用的管理m6马伟强，张彩萍梯次利用车用电池储能系统初探J】科技视制度，形成科学的梯次利用及最终报废回收体系，是新能源汽界，2012，30：7071车产业可持续发展的提供重要保障。m7刘念，唐霄，段帅，等考虑动力电池梯次利用的光伏换电站容 量优化配置方法【J】中国电机工程学报，2013，33(4)：3436参考文献邮8NEUBAUER JPESAR AN AThe ability of battery second USeVUET O V，BROUWER A S，KURAMOCHI T，et a1Energy use， strategies to impact plugin electric vehicle prices and serve utility cost and C02 emissions of electric carsJ1JoumaI of Power energy storage applicationsJJournal of Power Sources，201 1， Sources，2011，196(4)：229823 10 196(23)：10351103582WINTER M，BESENHARD J O，SPAHR M E，et al-Insertion elec眇9张彩萍，姜久春，张维戈，等梯次利用锂离子电池电化学阻抗trode materials for rechargeable 1ithium bakeriesJ1 Adv Mater, 模型及特性参数分析J】电力系统自动化，2013，37(1)：5456199810(101：725726 O 王泽众，李家辉电池梯次利用储能装置在电动汽车充换电站3】WANG J，LrU P，HICKSGARNER J，et a1Cycle life model for中的应用J自动控制系统与装置，2012，34(6)：4956graphite-LiFeP04 cellsJ】Journal of Power Sources，201l，196： l 李伟姣锂电池的回收与处理技术分析D】煳南：湖南工学院，2012：10113942，39484JUSTq D K，DOUCETTE R T，ROBINSON D，et a1Investigating阱2张海燕动力电池回收再利用体系建设迫在眉睫fEBOLthe technical，economic and environmental perforlnance of electric 2014-1212http：wwwevtimescnhtml20130343868_2htmlvehicles in the realworld：A case smdy using electric scooters fJ 瞄3 荆文娜电动汽车上路电池回收标准急需“充电”fEBOLJoumal ofPower Sources201l、196(23)：100941010120141212http：wwwcehcomcncehztb叫njp124945shtml 5】ARMAROLI NBALZANI VTowards all electricitypowered WO24】王蒙动力电池成长的“烦恼”回收技术尚待提高fEBOL rldJ】Energy Environ Sci，20ll，4：31933222 20141212http：autosohucorn201 10217，n303271447shtml6程福龙，王毅，王克俭，等铅酸电池回收技术与实现【J】电源技25】裴锋江西电力开展动力电池梯次利用研究EBOL【20141212】http：wwwcpnncomcnj“201209t20120903 461000html蛙 冀继堂遂爻 莲 冀潼 一一道 篓些堂 堂 盛遂冀江 接 第 饼 鄹分别是在VDD