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对新能源汽车锂电池回收处理的策略

2022-02-28 194 上传者：管理员

摘要：碳达峰碳中和政策的推行，将引起新能源汽车的快速发展，导致大量废旧锂电池产生。废旧锂电池回收处理问题是急切需要解决和完善的重点之一。新能源汽车废旧电池经梯次利用，可实现电池循环利用率。利用物理机械法，对废旧的锂电池进行回收、放电、拆解、处理、再制造，减少其对环境造成的污染，实现资源的可循环利用和可持续性发展。

关键词：
回收处理
新能源汽车
环境保护
环境污染
锂电池
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1、概况

1.1 研究背景和意义

二氧化碳气体的大量排放，加剧了全球气候变暖，导致了各种自然灾害、各类疾病频发，污染防治和环境保护成为了全球各国关注的重点问题。“十四五”规划中将碳达峰、碳中和作为我国污染防治攻坚战的主攻目标，随后国务院颁发了《2030年前碳达峰行动方案》的通知，对各行业碳达峰碳中和的实施做了方向上的引导。

大力倡导使用清洁能源代替石油燃料，减少碳排放，实现碳达峰碳中和。因此新能源汽车就成为了汽车行业一颗冉冉升起的新星，具有广阔的市场前景和发展潜力。新能源汽车从开始使用到现在也已有十年之久，前期因技术、制造等各方面的原因发展缓慢，现在国家政策的扶持下，随着技术的成熟，新能源汽车迎来了一波发展的浪潮。

虽然锂电池与铅酸电池、镍铬电池相比较为环保，但仍可能造成重金属钴、锰、镍污染，有机物污染，粉尘和酸碱污染，大规模报废期的到来对锂电池的回收处理体系提出了更高的要求。

1.2 废旧锂电池的危害性

随着新能源汽车的发展，锂电池产业发展迅猛，新能源汽车等受使用寿命的限制势必会产生大量的废旧锂电池。废旧锂电池存在严重的安全隐患，如不妥善处理，会对周边环境造成危害，然后通过环境作用到周边的生物及人体，对生态和社会环境造成负面影响。

废旧锂电池中富集了大量钴（Co）、铜（Cu）、锂（Li）、铝(AI）、铁（Fe）等贵重金属资源，可以缓解目前资源短缺的现状，合理高效的电池回收技术有利于锂电池的可持续发展。锂电池的回收处理可以减少其对环境造成的污染，是推行绿色环保方式，实现资源可循环利用的途径之一。

1.3 国内外废旧锂电池回收处理的现状分析

1.3.1 国内回收处理现状

我国各级政府已开始重视废旧电池的管理与处置，目前主要限于对锌锰电池和镍镉电池的回收，但效果并不明显。就目前我国的回收处理技术来讲，还没有形成一条完整的废旧电池回收处理产业链。废旧电池回收率低的现状直接限制了处理规模的扩大和处理技术的提高，进而严重阻碍了废旧电池回收利用的产业化过程。

目前，废旧锂电池资源化研究主要集中于价值高的正极贵重金属钴和锂的回收，对负极材料的分离回收较少。废锂电池负极中的铜（含量达35%左右）是一种广泛使用的重要生产原料，粘附于其上的碳粉，可作为塑料、橡胶等添加剂使用。因此，对废锂电池负极组成材料进行有效分离，对于限度地实现废旧锂电池资源化，消除其相应的环境影响具有推动作用。锂电池回收体系现状如图1所示。

1.3.2 国外回收处理现状

目前国外的废旧电池回收处理体系基本上已经步入正轨。例如，德国现已做到废旧电池全部收集，分类处理处置。美国在废旧电池环境管理方面立法最多最细，不仅建立了完善的废旧电池回收体系，且建立了多家废电池处理厂。亚洲的日本在回收处理废电池方面一直走在世界前列，汽车用铅酸蓄电池目前已经全部回收，并有成熟的处理方法，其他二次电池的回收率也已达84%。

2、锂电池的分类

2.1 按形状分类

从形状上来分类，锂电池有圆柱型电池、方形电池等类型。

圆柱型的锂电池，如一些移动电源与电动工具用的18650电池，而手机电池多是方形电池。

2.2 按电解液分类

分为锂离子电池、聚合物电池。其中，锂离子电池电解液是液态的，外壳一般较硬，多为铝壳或钢壳，老式手机的电池就是锂离子电池。而聚合物电池的电解液是固态的，如苹果手机的电池、华为手机的电池等，均为聚合物锂电池。

2.3 按外壳材料分类

钢壳电池：外壳是钢材的电池。

铝壳电池：外壳是铝的材质。

聚合物锂电池：外壳是一种聚合物材料，大多是银色的，少数厂商为黑色，业内称为黑皮。

2.4 按用途分类

新能源汽车电池按使用用途分为动力锂电池和蓄电池。种类大致为铅酸电池、镍氢电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池和三元锂电池等几大门类。

铅酸电池。

铅酸电池成本低、低温性好、性价比高；能量密度低、寿命短、体积大、安全性差。由于能量密度和使用寿命很低，作为动力的电动汽车无法拥有良好的车速和较高的续航里程，一般用于低速车。

镍氢电池。

镍氢电池成本低、技术成熟、寿命长、耐用；能量密度低、体积大、电压低、有电池记忆效应。虽然性能优于铅酸电池，但是含有重金属，遗弃后对环境造成污染。

锰酸锂电池。

锰酸锂电池成本低、安全性和低温性能好的正极材料，但是其材料本身并不太稳定，容易分解产生气体，因此多用于和其它材料混合使用，以降低电芯成本，但其循环寿命衰减较快，容易发生鼓胀，高温性能较差、寿命相对短，主要用于大中型号电芯，动力电池方面，其标称电压为3.7V。

磷酸铁锂电池。

磷酸铁锂离子电池热稳定佳、安全、成本低、寿命长，能量密度低、怕低温。电池温度处于500-600益时，其内部化学成分才开始分解，并且穿刺、短路、高温都不会燃烧或者爆炸，使用寿命也较长。但车辆续航里程一般，当温度低于-5益时，充电效率低，不适合北方在冬天充电的需求。

三元锂电池。

三元锂离子电池能量密度高、循环寿命长、不惧低温；高温下稳定不足。能量密度可达最高，但高温性相对较差，关于续航里程有要求的纯电动汽车，其是主流方向，且适合北方天气，低温时电池更加稳定。

3、锂电池的回收

就目前来说，我国锂电池回收和废旧物品回收一样，没有做到分类整理回收，不具一定的规模。应将废旧锂电池的回收分为两类：

以电池生产厂商为主，通过销售渠道在销售门店将废旧电池回收。回收回来的电池交给第三方企业处理，或合资共同合作处理。

以第三方回收为主，由能源再生利用企业和电池制造企业及新能源车企共同合作，建立专门的废旧锂电池回收网点，对废旧锂电池进行分类回收。

在超过使用寿命的动力电池循环利用方面，对废旧电池进行梯次利用。如新能源汽车的动力电池要求较高，当动力蓄电池容量衰减到80%以下时，就不能满足需求。我们可以利用梯次使用方式，将动力电池用在其他领域，比如为通信基站提供电力支持，或者为低速新能源汽车提供动力，为较低要求的电力供应系统蓄能。图2为锂电池循环体系。

4、锂电池处理工艺

锂电池资源化，对消除其相应的环境影响具有推动作用。常用的废旧锂电池资源化方法包括湿法冶金、火法冶金及机械物理法。相比于湿法及火法，机械物理法无需使用化学试剂，且能耗更低，是一种环保、高效的回收处理方法。

4.1 锂电池的成分分解

锂电池原材料构成主要有：正极材料、负极材料、隔膜、电解液、外壳。

正极材料：在锂电池中市场容量最大，大约占锂电池成本30%。正极材料的性能直接影响着锂电池的性能，最常用的材料有钴酸锂，锰酸锂，磷酸铁锂和三元材料。

负极材料：主要有碳负极材料和非碳负极材料。两者各有优缺点，目前正在探索将碳材料与各种高容量非碳负极材料复合。

隔膜：隔膜是锂电池电解反应时，用以将正负两极分开防止在电解池中直接反应损失能量的一层复合性薄膜。

电解液：电解液在锂电池正、负极之间起到传导离子的作用，是锂电池获得高电压、高比能等优点的保证。

外壳：一般分为钢壳和铝壳两种。

4.2 锂电池处理的工艺流程

锂电池回收处理必须放电确保对人身没有伤害后再进行拆解，除去外壳，通过层层粉碎、遴选、分选等程序，分离电极正、负极材料、集流体、电解液等，然后再进行回收利用。

首先要对其进行预处理，包括放电、拆解、粉碎、分选；拆解之后的塑料以及外壳可以回收。

外壳分离：废旧锂电池经输送机送入鄂式破碎机进行一次破碎，将外壳脱离出来，直接进入粉碎阶段，将铜铝粉末分离。

正负极分离：外壳分离后的电池材料还是紧密相连的，通过二次多刀破碎阶段将其打散。二次破碎后的物料进入到输送机中同时设置磁选设备，可以将物料中的铁、镍磁选出来。

比重分选：将破碎后的物料输送至粉碎机进行粉碎，把粉碎后的物料送至分析机风选分离，把经分析机分选的物料进行分级筛选，把大的金属物料分选出来。把经过分级筛选的细的物料再进行比重分选，把金属分离出来。启动风机让整套系统处于负压状态，收集粉料，净化空气，经过脉冲净化器对收集的粉尘进行净化，用集料器对经过风机的粉尘进行收集，选出碳锂粉末，后尾气经尾气处理设备处理达到排放标准后高空排放。如图3为锂电池回收工艺流程。

5、结束语

碳中和将推动新能源汽车加速发展，锂电池的可持续发展会备受关注。废旧理电池的回收处理问题，是未来急切需要解决和完善的重点之一。据统计了解，2018年，我国锂电池废旧回收市场将初具规模，累计报废量将超过17万吨。

锂电池回收是一个复杂、相互制约的产业，其发展需要汇聚多方之合力，形成一个良性互动循环，由动力电池企业、材料企业、回收企业等多方共同合作，形成闭环锂电池回收处理利用循环模式，既能作为原材料的补充，循环利用可减少生产的能耗和排放，更符合绿色能源的定义，未来国内的锂电池回收业务将迎来规模级的发展阶段。

参考文献：

[1]张邦胜.2020年废旧动力电池回收市场分析[J].中国资源综合利用，2020(12).

[2]省文宇.动力锂电池回收利用现状与展望[J].稀有金属与硬质合金，2020(05).

[3]贾正文.废旧锂电池的回收与再利用研究[J].环境科学与管理，2014(11).

[4]韩业斌.废旧锂电池回收处理研究[J].中国资源综合利用，2013(07).

文章来源：郭天禄,程怡,高强.基于对新能源汽车锂电池回收处理的研究[J].内燃机与配件,2022(06):155-157.