动力电池绿色回收与资源高值化

1、动力电池绿色回收与资源高值化随着新能源电动车行业的飞速发展，全球对锂电池的需求呈现大幅度增长。 据预测，到2030年，全球退役锂离子电池将达到1100万吨以上，中国的退役 锂电池数量也将达到每年万吨甚至十万吨量级。“锂电池的正极材料中含有锂、钻等贵金属，这些稀缺资源必须倍加珍惜, 循环利用”，中国科学院院士费维扬曾对高科技与产业化记者指出，“而且, 只生产不回收，既不符合可持续发展的规律，还会进一步对自然环境产生威胁。 我们应当加强先进动力电池的回收技术研发，让退役锂电池好来好去”。与此同时，随着我国动力电池回收门槛的逐渐提高,产业链融合将是未来发 展趋势。但U前该行业的产业链仍然缺乏具体有效

2、、可囊括所有环节的一揽子解 决方案，产业链壁垒林立，难以实现资源高值化。中国电池联盟高级顾问、综合 部主任杨清雨也对记者表示为，“整个产业链包括所有电池应用端、回收渠道、 网络、梯次利用、预处理、材料再利用等多个环节，在这个过程中不可避免地会 出现技术壁垒、数据壁垒以及物流壁垒，亟待加强上下游合作。”深圳清华大学研究院新能源与环保技术研究所所长、教授陈建军在“第二届 中国高科技产业化高峰会议”上，就上述废旧锂电池的绿色回收与资源高值化问 题接受本刊采访，并介绍了技术团队最新突破性进展。一面是潜伏危险“火山” 一面是城市矿山U前市面上的动力锂电池主要分为三元锂电池和磷酸铁锂电池。磷酸鉄锂固 有特

3、性是一致性差，存在着低电压、低容量、低压实等“三低缺陷”，且容易自 放电，已逐渐被三元锂电池所部分取代；动力三元锂电池是口前主流的电动车 电池，其能量密度高，但同时危险性也高。“三元也好铁锂也好，都有危险，全 国各地也发生过多起因燃烧或撞击而爆炸的事件。废旧电池回收破碎处理过程 中，废旧电电池一样会起火燃烧爆炸。”陈建军说，“废旧动力电池是城市快 速发展的产物，如果能做到安全破碎，回收过程做到绿色规范处理，就不会给环 境造成新的压力，而且有价组分的品位和价值会非常高，因此我们把它叫做城 市矿山，所以非常有必要做好绿色回收与资源高值化利用。”锂电回收市场空间巨大。据权威机构统计预测，预计到202

4、3年，动力电池 回收退役规模将达到48GWh,年复合增长率为57%。陈建军认为：“只要处理得 当，没有垃圾与废物排放，可完全实现产业链闭环。”数据显示,2016年前新能源汽车电池主要以磷酸铁锂电池为主，从2014年 开始动力三元锂电池逐渐占主流，回收占比也开始增加。LI前，国内动力磷酸铁 锂电池回收企业正重点关注湿法冶炼技术，注重提高能源锂金属的回收率，废旧 磷酸铁锂电池回收碳酸锂可通过酸溶氧化正极材料，再通过碳酸盐沉淀的方式制 备，可将原有不足60%的锂回收率提高到92%以上，其它成分主要采用堆放方 式弃之尾库存放，迄今为止，国内外现在尚无企业实现真正的全组分回收利用。 三元锂电池回收主要采

5、用强酸浸取其能源金属银、钻有价金属，再通过萃取方式 回收制备硫酸银钻盐或線、钻氢氧化物，釆用碳酸盐沉淀锂，锂金属回收率80% 左右。有业内人士指出，动力三元锂电池回收产业链向下延伸将获得更多收益。数 据显示，通过回收材料内部成本结构法分析发现，前驱体和正极材料生产中原材 料成本占比达80%以上。如果产业纵向延伸将带动毛利率提升，三元电池回收 向产业链下游延伸则可将毛利率从10%20%提高到309广40%,使企业获得更多收 益。绿色回收工艺解决传统回收工艺痛点LI前市场上常见的废旧锂电池回收方案主要有三种：一是火法冶金，“不管 什么电池、什么型号，都可以丢进炉子里熔融焙烧。金属外壳钢、铜、铝全部

6、融 在一块，有机电解液和石墨都会燃烧。火法冶炼的优点是什么电池都可以，兼容 性强；缺点是能耗较高、尾气污染大、金属分离难度大。”二是直接回收，“这 个处理过程相对简单，污染少，但对风险程度要求非常高，产品的均一性较低， 品质很难把控制。”三是湿法冶金，“把银、钻、猛全部用酸溶解，最后把银、 钻等成分萃取出来，做成硫酸傑钻等，乂能回收成为电池材料或化工原料。湿法 冶金需要有较大场地，且产生的废水量相当大,环保压力很大，治理成本费用高。” 陈建军介绍道。为解决传统电池回收工艺痛点，实现锂电池安全化、无害化处理，深圳清华 大学研究院新能源与环保技术所研发团队研发了一项绿色回收工艺。与传统回收 工艺相

7、比，其一方面流程短、成本低，“主要是创新了除杂工艺，提高了除杂效 率，优选碱浸、酸浸工艺大幅降低了酸碱用量”，另一方面“三废”少、更环保, “废气少、易处理；废固少，石墨负极废料、铝、铜、钢壳等残渣都实现绿色回 收；儿乎不排放废水。”陈建军解释道，“我们对失效电池先进行安全放电，再 实施物理安全破碎。破碎后经过磁选、重选等多项分离工艺，譬如破碎后可从中 分离出钢壳、铜箔、铝箔、隔膜以及黑粉（正负极混在一起的黑色粉末），这 个技术已经很成熟，分离得很干净。”据介绍，这项绿色回收工艺回收的动力磷 酸铁锂电池，可实现毛利率100%以上，三元锂电池回收可实现毛利率78%以上, 实现了 “变废为宝，废物

8、变为了金山银山”。“比如其中的锂100%回收直接变 为了高品质纳米磷酸铁锂正极材料，水儿乎可以100%回用。无废酸排放，这 是这项工艺最大的特点，经国内外科技情报文献检索，属于国内外首创。”陈建 军进一步补充道。据了解，该团队目前近30人，一直从事新能源、新材料、绿色环保等技术 研发，在电池绿色合成、绿色回收、循环利用、资源高值化等方面积累了一系列 相关技术和产品，与企业展开了多个合作项H,共同开发绿色新产品、绿色新工 艺。H前，技术团队组已完成了 22项绿色回收工艺等相关国家、行业以及团体 标准的制订与编写，申请了 20多项国家发明专利。上下游共同持股打造闭环盈利模式我国动力电池回收产业链包

9、括所有的电池应用端、回收渠道、网络、梯次利 用、预处理、材料再利用等多个环节，技术、数据、物流等壁垒重重，整个电池 回收行业亟需加强上下游合作；与此同时，磷酸铁锂电池回收成本受材料价格波 动影响较大，其回收成本中原材料成本约占26%。业界普遍认为，废旧磷酸铁锂 电池的回收成本高于其回收收益，三元材料则有较大盈利空间，捉高锂金属回收 率将能提高回收收入。据中国电池联盟发布的动力电池回收行业报告统计数据显示，从成本结 构上分析，原材料成本占全部生产成本的80. 52%,是成本的主要影响因素；改 善回收技术及工艺提高锂金属回收率可提高毛利率，未来若三元电池的锂金属 回收率提高至90%,回收毛利率将提

10、高至24%。该报告还对锂电池的梯次利用和 回收进行了经济性测算。储能梯次利用盈利则受循环次数及峰谷差价等因素影 响，从梯次利用电池循环寿命因素来看，当循环寿命大于2000次时，储能系统 能够回收成本；从峰谷差价因素来看，当差价在0.7元/kWh以上时，显著缩短 回报周期。“对于磷酸铁锂电池，我们的办法是不单独提取，单独提取出来肯定不赚 钱。我们直接把其中的锂做成产品，让锂没有损耗，形成综合回收；对于三元锂 电池，我们用简单的两三步变出正极材料、三元材料、氢氧化铝，工艺非常短， 基本没有排放”，陈建军介绍，前正极材料的报废量大概是20. 3千瓦时, 市场空间今年是66个亿，明年大概会到200多亿

11、，到2024年2025年大概有 800多亿至1000个亿的市场，市场空间非常大。”据了解，前期该绿色回收工 艺已分离出多种产品，市场广阔；再生三元前驱体和磷酸铁锂附加值高，实现了 资源高值化。“锂电池回收上下游密不可分。电池来源于电池生产企业，电池生产企业的 材料来源于材料生产企业。我们在回收这个环节，处理得好的产品可以回到电池 生产企业去，也就是回到材料生产企业，如此可实现形成一个闭环产业链。”陈 建军进一步介绍道，“同时，我们正在着力打造一个上下游共同持股经营模式。 LI前上游公司，具有国家工信部和商务部颁发整车拆解资质，也是国家发改委认 定的电池回收循环经济利用唯一示范基地；下游企业则是LI前全球石墨负极最大 供应商和中国排名前二的磷酸铁锂电池正极材料供应商。我们的LI的是打造一个 上下游共同持股的闭环盈利模式。”据了解，该技术团队组获得了 2019年深圳宝安创新创业大赛新能源节能环 保行业一等奖，2019年中国深圳创新创业大赛新能源节能环保行业一等奖，预 期5年内，完成投资