動力鋰電池回收再利用商業(yè)模式 動力鋰電池再利用終端主要瞄準(zhǔn)家庭儲能、店鋪、新能源分布式發(fā)電、防災(zāi)據(jù)點以及通訊基站應(yīng)用等領(lǐng)域。儲能領(lǐng)域應(yīng)用對能量密度的要求不高，但是對循環(huán)壽命和價格要求相對較為苛刻，考慮電池回收、轉(zhuǎn)換及運輸?shù)榷嘀爻杀?，車用廢舊電池實際的回收價值將不到新電池成本的10%，在價格上可以滿足儲能的要求，但是循環(huán)壽命的驗證還需要在電池設(shè)計時予以考慮，保證在儲能利用環(huán)節(jié)的壽命要求。 動力鋰電池再利用的基礎(chǔ)研究是電池再利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，需要政府部門整合資源推進(jìn)再回收示范工程實踐。由于我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈條中各自為戰(zhàn)的態(tài)勢，車企、電池企業(yè)或者運營商主動牽頭從事電池再利用的研究具有較大的難度，通過政府組織示范工程推進(jìn)我國動力電池再利用的標(biāo)準(zhǔn)建立和應(yīng)用實踐尤為重要。此外，我國從奧運會、世博會以及各地早運營的示范項目的新能源汽車電池逐漸進(jìn)入淘汰期，如何結(jié)合這些淘汰電池進(jìn)行再利用應(yīng)用實踐也更為迫切。

國內(nèi)動力電池回收利用擺上議事日程，看豐田怎么做。 經(jīng)過近10年的推廣應(yīng)用，國內(nèi)新能源汽車保有量達(dá)到了一定的規(guī)模，批車上的動力電池即將步入壽命末期，對這一批電池以及后續(xù)動力電池的回收利用已經(jīng)擺上了議事日程，而且可謂刻不容緩。 中國從2009年開始推廣新能源汽車，截至2017年底累計推廣近180萬輛。推廣分三步走，目前已完成前兩個階段：2009-2012年為階段，推廣量為2.7萬輛；2013-2015年為第二階段，推廣量為42.3萬輛。2016-2020年為第三階段，按照規(guī)劃，2020年底要實現(xiàn)累計推廣新能源汽車500萬輛。新能源汽車在中國的可持續(xù)長期發(fā)展，有賴于對動力電池這個關(guān)鍵單元全生命周期的妥善處理。 工信部聯(lián)合科技部、環(huán)保部等七部委發(fā)布了《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》。日前，又印發(fā)了《新能源汽車動力蓄電池回收利用試點實施方案》，在京津冀、長三角、珠三角、中部區(qū)域等選擇部分地區(qū)開展試點工作，試點內(nèi)容包括： 構(gòu)建回收利用體系：怎么收回來合適 探索多樣化商業(yè)模式：怎么補(bǔ)償消費者和各個環(huán)節(jié) 推動先進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用：怎么處理更，實現(xiàn)資源循環(huán)利用 建立完善政策激勵機(jī)制等：怎么在各個層面實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益 相關(guān)的目標(biāo)是到2020年，建立完善動力蓄電池回收利用體系，探索形成動力蓄電池回收利用創(chuàng)新商業(yè)合作模式。建設(shè)若干再生利用示范生產(chǎn)線，建設(shè)一批退役動力蓄電池回收、高值利用的先進(jìn)示范項目，培育一批動力蓄電池回收利用標(biāo)桿企業(yè)，研發(fā)推廣一批動力蓄電池回收利用關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)布一批動力蓄電池回收利用相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，研究提出促進(jìn)動力蓄電池回收利用的政策措施。 圖1電池回收核心難點——怎么收電池細(xì)思其中，有這樣幾個核心問題： 汽車企業(yè)的回收量基數(shù)如果不大，就存在回收網(wǎng)絡(luò)效率和回收量處理能力問題 電池的產(chǎn)權(quán)為私人或者購買者所有，如何推動回收率是個大問題。 按照目前這個分散的體系，每個車企的電動汽車保有量并不大，回收量因此也不大，要這些車企都對動力電池的全生命周期進(jìn)行管理，投入產(chǎn)出比不劃算。 動力電池的回收利用在國內(nèi)還是新事物，在建立完善相關(guān)體系的過程中，國外的經(jīng)驗補(bǔ)發(fā)可借鑒之處。我們以在動力電池回收領(lǐng)域已經(jīng)建立了一套完整完善的模式的豐田為例。 豐田在混合動力汽車領(lǐng)域耕耘已久，雖然與電動汽車的電池相比，HEV的電池比較小（1Kwh），但是豐田HEV在全球的累計銷量和保有量相當(dāng)大，豐田的鎳氫電池回收和處理策略值得作為借鑒基準(zhǔn)。目前豐田混合動力汽車的年銷量大約在150萬輛左右，其中美國的銷售區(qū)間為25~30萬輛、歐洲為30~40萬輛，日本本土穩(wěn)定在65萬輛。累計銷量方面，豐田HEV在2007年突破了100萬輛，2010年超過了1000萬輛。 圖2豐田全球年銷量走勢（單位：千輛）相應(yīng)地，豐田HEV的電池也經(jīng)歷了梯次報廢的階段，相應(yīng)地，豐田在電池的回收利用方面做了很好的應(yīng)對，相關(guān)工作的時間軸如下： 1998年，累計銷量達(dá)到1.86萬輛，啟動廢舊鎳氫電池回收計劃 2009年，累計銷量達(dá)到225.7萬輛，在全球范圍內(nèi)銷售混合動力車輛的建立回收指導(dǎo) 2010年，延長電池回收協(xié)議，在有條件的地區(qū)確?；厥?2012年，進(jìn)行電機(jī)稀土材料的回收 2013年，嘗試鎳氫電池梯次利用 圖3豐田混合動力汽車全球累計銷量（單位：千輛）豐田在不同地區(qū)執(zhí)行的政策并不相同，回收都是從銷量較大、實施較易的地區(qū)開始，先回收，實現(xiàn)有效儲存，然后達(dá)到一定量之后再進(jìn)行處理利用。 總結(jié)一下，豐田的整個電池回收利用從以下流程展開： 1、建立回收網(wǎng)絡(luò) 日本本土是豐田的廢舊電池處理中心，對回收電池進(jìn)行集中處理。豐田電池回收網(wǎng)絡(luò)的發(fā)力點是在經(jīng)銷商網(wǎng)絡(luò)。 首先發(fā)布每輛混動車輛的應(yīng)急處理策略 通過零售網(wǎng)絡(luò)對廢舊電池進(jìn)行回收 通過“以舊換新”方式從經(jīng)銷商處回收舊電池 這里需要說明一點，由于混合動力技術(shù)的演進(jìn)，使得其電池系統(tǒng)的重量和性得到一定的保證，在經(jīng)銷商那里堆廢舊電池問題不大。如果是大的鋰電系統(tǒng)，并且還是廢舊的替換產(chǎn)品，那么勢必大幅增加相關(guān)存儲的難度和成本，不同性質(zhì)的鋰電放置在一起對于消防、存儲和運輸都有很大的差異性。所以這一點，對于純電動汽車的鋰電池而言，不具備可借鑒性。 圖4豐田的電池回收處理流程2.對回收電池進(jìn)行評估 回收以后需要對電池進(jìn)行評估： 對達(dá)到使用壽命需要退役的電池，通過豐田電池回收中心來進(jìn)行退役電池的統(tǒng)一收集，建立了完善的電池收集網(wǎng)絡(luò)。對收集到的退役電池，通過對電池特性的診斷，分為三類進(jìn)行處理： 1）進(jìn)入維修體系：對電池進(jìn)行充放電試驗和相關(guān)信息的讀取，如電池整體狀況良好，只是個別單體到達(dá)使用壽命，則對這些單體更換后重新組裝電池包，可以作為置換電池重新應(yīng)用于普銳斯汽車上。 2）梯次利用：通過檢測，如果回收電池還剩余規(guī)定容量，則可以進(jìn)行梯次利用，應(yīng)用于分布式儲能電池系統(tǒng)，用來平抑、穩(wěn)定風(fēng)能、太陽能等間歇式可再生能量發(fā)電的輸出功率；或者應(yīng)用于微電網(wǎng)，實施削峰填谷，減輕用電負(fù)荷供需矛盾。 3）拆解：對于完全喪失再利用價值的電池，則對電池進(jìn)行拆解和化學(xué)處理，完全回收鎳、鈷等金屬，用于生產(chǎn)新的電池，實現(xiàn)循環(huán)利用。 圖5檢測到底做了哪些實驗，還是采用歷史數(shù)據(jù)來分析，需要評估費用3.電池的拆解處理 2011年，豐田在日本與住友金屬合作，實現(xiàn)鎳的多次利用，能夠回收電池組中50%的鎳。豐田化學(xué)工程和住友金屬礦山為此配置了每年可回收相當(dāng)于1萬輛混合動力車電池用量的專用生產(chǎn)線。 2012年，本田與日本重化學(xué)工業(yè)公司合作配置了類似的生產(chǎn)線，這條生產(chǎn)線可以回收超過80%的稀土金屬，用于制造新鎳氫電池。 在歐洲，豐田同時保持著與SNAM公司（法國）、優(yōu)美科（Umicore）集團(tuán)（比利時）的合作關(guān)系，由后兩者分別對鎳氫電池和鋰電池進(jìn)行回收。這個涉及到一定的量能和使用率，在電池系統(tǒng)到模組再到電芯的拆解過程中，很多的工作需要去完善。圖6拆解同一規(guī)格和不同規(guī)格電池的處理方式有差異 下面是細(xì)節(jié)的處理方法，后續(xù)研報再來詳細(xì)介紹。 圖7豐田的電池再處理循環(huán)體系4、梯次利用 鎳氫電池回收后的梯次利用豐田也做了一些嘗試。 2015年，豐田將凱美瑞混合動力車的廢舊電池用于黃石公園設(shè)施儲能供電，重新設(shè)計了儲能電池管理系統(tǒng)，208個凱美瑞電池可存儲85KWh電能，將電池的使用壽命延長了兩倍。 圖8整包做梯次，在小電池系統(tǒng)上，HEV/PHEV是必然的 反觀國內(nèi)新能源汽車動力電池的回收利用，一方面，國內(nèi)車企和車型太多了，簡單的把回收的責(zé)任全部交給一家家車企來完成，恐怕不太現(xiàn)實，相關(guān)的信息跟蹤會產(chǎn)生非常多的數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)的有效把控頗有挑戰(zhàn)性；另一方面，大的鋰電池系統(tǒng)，接近壽命結(jié)束周期后有很多的狀態(tài)，如果沒有數(shù)據(jù)支持，出現(xiàn)漏液和鋰晶枝內(nèi)部生成，與鎳氫電池的容量和危險性不同，不容易就地儲存，如果把責(zé)任分擔(dān)給各自的網(wǎng)絡(luò)、各自處理，一是沒效率，二是會產(chǎn)生新的混亂。 圖9信息跟蹤在電池回收中能起到多大的作用？值得思考！

1．鋅錳干電池(1)濕法冶金法該法基于Zn，MnO2可溶于酸的原理，將電池中的Zn，MnO2與酸作用生成可溶性鹽進(jìn)入溶液，溶液經(jīng)過凈化后電解生產(chǎn)金屬鋅和電解MnO2或生產(chǎn)其它化工產(chǎn)品、化肥等。濕法冶金又分為焙燒－浸出法和直接浸出法。焙燒－浸出法是將廢電池焙燒，使其中的氯化銨、氯化亞汞等揮發(fā)成氣相并分別在冷凝裝置中回收，高價金屬氧化物被還原成低價氧化物，焙燒產(chǎn)物用酸浸出，然后從浸出液中用電解法回收金屬，焙燒過程中發(fā)生的主要反應(yīng)為：MeO＋C→Me＋CO↑Ａ(ｓ)→Ａ(g)↑浸出過程發(fā)生的主要反應(yīng)：Me＋2H＋→Me2＋＋H2↑MeO＋2H＋→Me2＋＋H2O電解時，陰極主要反應(yīng)：Me2＋＋2e-→Me直接浸出法是將廢干電池破碎、篩分、洗滌后，直接用酸浸出其中的鋅、錳等金屬成分，經(jīng)過濾，濾液凈化后，從中提取金屬并生產(chǎn)化工產(chǎn)品。反應(yīng)式為：MnO2＋4HCl→MnCl2＋Cl2↑＋2H2O；MnO2＋2HCl→MnCl2＋H2O；Mn2O3＋6HCl→2MnCl2＋Cl2↑＋3H2O；MnCl2＋NaOH→Mn(OH)2＋2NaCl；Mn(OH)2＋氧化劑→MnO2↓＋2HCl；電池中的Zn以ZnO的形式回收，反應(yīng)式如下：Zn2＋＋2OH－→Zn(OH)2(無定型膠體)→ZnO(結(jié)晶體)＋H2O(2)常壓冶金法該法是在高溫下使廢電池中的金屬及其化合物氧化、還原、分解和揮發(fā)以及冷凝的過程。方法一：在較低的溫度下，加熱廢干電池，先使汞揮發(fā)，然后在較高的溫度下回收鋅和其它重金屬。方法二：先在高溫下焙燒，使其中的易揮發(fā)金屬及其氧化物揮發(fā)，殘留物作為冶金中間產(chǎn)品或另行處理。濕法冶金和常壓治金處理廢電池，在技術(shù)上較為成熟，但都具有流程長、污染源多、投資和消耗高、綜合效益低的共同缺點。1996年，日本TDK公司對再生工藝作了大膽的改革，變回收單項金屬為回收做磁性材料。這種做法簡化了分離工序，使成本大大降低，從而大幅度提高了干電池再生利用的效益。近年來，人們又開始嘗試研究開發(fā)一種新的冶金法－真空冶金法：基于廢電池各組分在同一溫度下具有不同的蒸氣壓，在真空中通過蒸發(fā)與冷凝，使其分別在不同溫度下相互分離從而實現(xiàn)綜合利用和回收。由于是在真空中進(jìn)行，大氣沒有參與作業(yè)，故減小了污染。雖然目前對真空冶金法的研究尚少，且還缺乏相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，但它明顯克服了濕法冶金法和常壓冶金法的一些缺點，因而必將成為一種很有前途的方法。2．鎳鎘電池Ni－Cd電池含有大量的Ni，Cd和Fe，其中Ni是鋼鐵、電器、有色合金、電鍍等方面的重要原料。Cd是電池、顏料和合金等方面用的稀有金屬，又是有毒重金屬，故日本較早即開展了廢鎳隔電池再生利用的研究開發(fā)，其工藝也有干法和濕法兩種。干法主要利用鎘及其氧化物蒸氣壓高的特點，在高溫下使鎘蒸發(fā)而與鎳分離。濕法則是將廢電池破碎后，一并用硫酸浸出后再用H2S分離出鎘。3．鉛蓄電池鉛蓄電池的體積較大而且鉛的毒性較強(qiáng)，所以在各類電池中，早進(jìn)行回收利用，故其工藝也較為完善并在不斷發(fā)展中。在廢鉛蓄電池的回收技術(shù)中，泥渣的處理是關(guān)鍵，廢鉛蓄電池的泥渣物相主要是PbSO4，PbO2，PbO，Pb等。其中PbO2是主要成分，它在正極填料和混合填料中所占重量為41％～46％和24％～28％。因此，PbO2還原效果對整個回收技術(shù)具有重要的影響，其還原工藝有火法和濕法兩種?；鸱ㄊ菍bO2與泥渣中的其它組分PbSO4，PbO等一同在冶金爐中還原冶煉成Pb。但由于產(chǎn)生SO2和高溫Pb塵第二次污染物，且能耗高，利用率低，故將會逐步被淘汰。濕法是在溶液條件下加入還原劑使PbO2還原轉(zhuǎn)化為低價態(tài)的鉛化合物。已嘗試過的還原劑有許多種。其中，以硫酸溶液中FeSO4還原PbO2法較為理想，并具有工業(yè)應(yīng)用價值。硫酸溶液中FeSO4還原PbO2，還原過程可用下式表示：PbO2(固)＋2FeSO4(液)＋2H2SO4(液)→PbSO4(固)＋Fe2(SO4)3(液)＋2H2O此法還原過程穩(wěn)定，速度快，還可使泥渣中的金屬鉛完全轉(zhuǎn)化，并有利于PbO2的還原：Pb(固)＋Fe2(SO4)3(液)→PbSO4(固)＋2FeSO4(液)；Pb(固)＋PbO(固)＋2H2SO4(液)→2PbSO4(固)＋2H2O還原劑可利用鋼鐵酸洗廢水配制，以廢治廢。Ni－MH電池、新型的鋰離子電池隨著近年手持電話和電子設(shè)備的發(fā)展得到了大量的應(yīng)用。在日本，Ni－MH電池的產(chǎn)量，1992年達(dá)1800萬只，1993年達(dá)7000萬只，到2000年已占市場份額的近50%?？梢灶A(yù)計，在不久的將來，將會有大量的廢Ni－MH電池產(chǎn)生。這些廢Ni－MH電池的正、負(fù)極材料中含有許多有用金屬，如鎳、鈷、稀土等。因此，回收Ni－MH電池是十分有益的，有關(guān)它們的再生利用技術(shù)亦在積極開發(fā)中?？萍加绕涫切畔⒓夹g(shù)的發(fā)展，使得世界對電池的需求只會增多而不會減少，隨之造成的電池污染和天然能源的消耗也將大大增加。各種回收利用技術(shù)雖日臻完善但畢竟治標(biāo)不治本。因此科學(xué)家們提出了發(fā)展有利于環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展的新型綠色環(huán)保電池。新型綠色環(huán)保電池是指近年來已投入使用或正在研制開發(fā)的一類高性能、無污染的電池。目前已經(jīng)大量使用的金屬氫化物鎳蓄電池、鋰離子蓄電池、正在推廣應(yīng)用的無汞堿性鋅錳原電池和可充電電池都屬于這一范疇；正在研制開發(fā)的聚合物鋰或鋰離子蓄電池、燃料電池、電化學(xué)貯能超級電容器等也可列入這一范疇。從普萊德發(fā)明只鉛蓄電池以來，化學(xué)電池已經(jīng)有了140年的歷史，其家族也日益壯大。但是，大量生產(chǎn)電池而造成的資源消耗和廢電池所帶來的環(huán)境污染也是有目共睹的。早在1992年，巴西召開的世界環(huán)境發(fā)展大會上通過的21世紀(jì)議程中就已明確提出了可持續(xù)發(fā)展的方針。與地球和諧相處，走保護(hù)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的道路，是工業(yè)發(fā)展的大勢所趨。加強(qiáng)廢電池的環(huán)境管理：出臺相應(yīng)的法規(guī)政策并不斷完善和發(fā)展廢電池回收技術(shù)，擴(kuò)大回收范圍，即使尚無能力處理的也要有相應(yīng)的措施，如填埋處理等。回收技術(shù)應(yīng)朝著降低成本、盡量避免二次污染的方向發(fā)展。同時走發(fā)展新型綠色環(huán)保電池之路：發(fā)展高能量、無污染的綠色電池，在制造之初就將環(huán)境污染和資源消耗控制在小。從而使生產(chǎn)和再生利用形成一個良性循環(huán)，才能真正做到利于民又無害于民、無害于自然。