“退役”动力电池都去哪了
  • 来源:科普时报
  • 作者:陈春华 赵佳亮
  • 2023-12-03 14:36



“退役”锂离子电池的回收流程 (作者绘图)

据媒体近日报道,高工产业研究院预计2025年我国“退役”动力电池累计137.4兆瓦时,梯次利用与再生利用产值预计可超千亿元规模。

这里所说的“退役”电池往往指新能源汽车搭载的动力锂离子电池,其广泛应用在出租车、网约车,生命周期一般为58年。相较于其他的消费电池,比如电脑、手机电池,其规模更大,品质更高,可回收的锂资源更加丰富,因而市场针对退役动力电池回收的需求愈发迫切

目前常见的动力电池中含有大量锂、镍、钴、锰等元素,部分资源需要进口。从电池制造全链条来看,动力电池回收利用处在产业链后端,但退役动力电池的回收利用工作,却是整个储能行业能否持续健康发展的关键。从这一点来看,做好退役电池的回收工作,不仅可以更好地发展循环经济,也能有效缓解我国长期以来对此类资源对外依存度。

除节省材料外,动力电池回收对能源消耗和环境保护也有积极影响。锂、镍、钴和铝从矿山中被提取、运输和冶炼过程中,释放大量温室气体,尽管铝、铜、铁本身价格不高,但回收利用所需要的能量远远低于开采,同时减少大量有害气体排放。

一般来说,新能源汽车中的动力电池在衰减大于20%时,就无法满足汽车驾驶的要求,需要“退休”。对于衰减区间在20%40%的退役动力电池,可以满足二次使用的梯次利用,而这也被认为是退役动力电池的首选去向。

梯次利用,指某一个已经使用过的产品达到原生设计寿命,再通过其他方法使其功能全部或部分恢复继续使用,但不能视为翻新使用。动力电池梯次利用,即是对新能源汽车退役动力电池进行必要的检验检测、分类、拆分、电池修复或重组为梯次产品,使其可应用至其他领域的过程。

在生活中,我们手机、电脑的电池容量都会衰减,新能源汽车的电池也会衰减。由于锂电池的特性,车主会发现新能源汽车在使用过程中,大续航里程和动力性能方面就会不如刚买的时候那样好,这主要由于动力电池容量衰减。如果衰减超过40%,动力电池一般就只能被拆解进行资源化利用,这也成为动力电池回收市场的第二种商业模式。在原材料翻倍上涨的行情下,直接提取电池里的锂、钴、镍元素进行资源化利用,远比梯次利用更划算。

动力电池常用的化学回收工艺可分为湿法回收技术和火法回收技术。火法回收是最简单粗暴的回收方法,就是将报废锂电池放电后直接送入熔炉,并在高温下熔炼。在这个过程中,塑料、电解质和含碳成分被去除,有价值的金属(钴、镍、铜等)被收集为熔融金属和合金。然而,该工艺通常不回收锂,锂与其他难熔氧化物和气体一起作为熔渣流失。

而湿法回收工艺是将废弃电池破碎后溶解,然后利用化学试剂选择性分离浸出溶液中的金属元素,产出高品位的金属材料,直接进行回收。湿法回收处理比较适合回收化学组成相对单一的废旧锂电池,其设备投资成本较低,适合中小规模废旧锂电池的回收。因此,该方法目前使用比较广泛。

据估算,从2015年至2040年,动力电池回收由此产生的废物将高达400万吨。锂电池的回收利用或可解决由于资源分布不均,以及直接填埋而造成的环境问题,但很遗憾的是,因为钴在国际市场上价格高昂,目前回收工作主要紧盯着钴。随着正极材料由传统的钴酸锂向高镍、磷酸铁锂转变,其他类型的金属回收也迫在眉睫。

“退役”动力电池都去哪了?目前,退役动力电池正在新能源汽车充电行业、通信行业、储能领域、辅助调频领域发挥作用:北京大兴电动出租车充电站将退役动力电池用于变压器输出功率的调整以及维持电压水平的稳定;比克公司将退役动力电池用于基站、路灯等设备的储备电源,以达到稳定、节能的目的;郑州尖山退役电池储能示范工程将退役动力电池与风力、太阳能发电站结合,实现了稳定的风光储混合微电网功能;唐山曹妃甸梯次电池储能示范工程,实现了可靠的削峰填谷功能,提高了电能质量。

(第一作者系中国科学技术大学教授、博士生导师,第二作者系中国科学技术大学硕士研究生)


责任编辑:张英贤
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