中國汽車技術(shù)研究中心最新報告預(yù)測,到2020年,動力電池大約累計報廢32萬噸以上,甚至有一些電池同行估計報廢量會達到50萬噸。伴隨著動力電池報廢量的不斷增長,未來十年電池回收很可能達到百億美元的市場份額,這可以說是一塊很大的蛋糕。
有人把電池回收稱為新能源汽車行業(yè)的“最后一公里”。動力電池回收首先是安全問題,如果任由車主自私拆解電池,發(fā)生危險的概率很大,所以從安全角度來看動力電池必須回收。
從環(huán)保角度看來,鋰離子電池和鉛酸電池相比,確實沒有鉛的污染大,但是不等于沒有污染,比如磷、氟等材料帶來的污染。
還有很重要的一點,從資源角度來看,不回收動力電池,新能源汽車就會很難發(fā)展。以鈷資源為例,我國95%的鈷是進口的,幾乎和沒有是一樣的。目前我國大約70%的石油都源于進口,這已經(jīng)上升到資源戰(zhàn)略問題,如果95%的鈷依賴進口,那豈不是資源更緊張,所以說動力電池一定要回收。
在電池回收方面,首先是梯級利用,既節(jié)約資源,同時也可以讓磷酸鐵鋰這樣的電池進一步發(fā)揮余熱,在回收環(huán)節(jié)使它具有更大的價值體現(xiàn),所以說梯級利用是非常值得考慮的。
目前梯級利用有什么重要問題呢?如果很規(guī)范的去挑選、重組電池,那它的成本是相當(dāng)高的。而且很多車輛在設(shè)計時都唯恐接觸不良,故電池包采用焊接方式,把它拆下來梯級利用,可以說難度很高、成本也很高。
另外一個很重要的應(yīng)用就是鐵塔、儲能,這個領(lǐng)域動力電池可以發(fā)揮很大的作用,這方面行業(yè)人士也都了解比較多。其他方面,比如說家庭小儲能、電動自行車等形式的梯級利用,十分值得關(guān)注。
材料回收也需要介紹一下,鐵鋰電池和三元鋰電池里面的成份可能略不一樣,但是也差不太多。這些成份從理論上來說都希望把它回收回來,并且希望在回收過程中盡量的減少和控制污染,這是非常值得研究的。
在國外電池回收方面,美國的Toxco公司具有一定的代表性,他們有一項液氮冷凍技術(shù)叫低溫冷凍粉碎,在零下100多度的情況下,電池的電解液全部凝固,沒有安全問題也沒有電池放電的問題,并且在這么低的溫度下粘結(jié)劑也變得很脆、也很容易分離。
動力電池低溫冷凍粉碎以后,在施以濕法冶金,用酸和堿萃取,粉末的材料用酸溶解掉,然后萃取分解出鈷鹽、酸鹽等附屬物。當(dāng)然,盡管如此仍會有一些不容物難以回收。
國內(nèi)的濕法冶金工藝也是萃取、分離、沉淀,目前國內(nèi)主要的方式都是濕法冶金。這種工藝有一個很大的缺點,就是剛剛說的低溫冷凍,它的能耗比較高,畢竟要用到液氮,再把溫度升起來,一冷一熱,會產(chǎn)生大量的能耗。同時,它的主流工藝仍然是濕法冶金,對于磷酸鐵鋰這樣低價值的材料來說,這個經(jīng)濟賬還需仔細(xì)算一算。
另外,國外還有一種比較主流的火法冶金,美國的另一家公司Inmetco,就是以火法冶金為主要路線的公司。它有一個很重要的特點是,把電池經(jīng)過分類,初步拆解以后放到高溫的電弧爐里面熔煉,我們將其統(tǒng)一稱為高溫熔煉,在冶金上我們叫它火法冶金。
在上千度的高溫情況下,電池里所有能燃燒的東西全部會燒掉,比如石墨、碳黑、隔膜電解液等這些全部會被燒掉。在燒掉的過程中進行適當(dāng)控制可以讓金屬氧化物還原成金屬合金,同時像銅、鋁這樣活潑一些的金屬,會以氧化物落渣的形式漂浮在金屬合金溶體的表面。
火法冶金的缺點是能耗比較高,但是它有一個有很重要的優(yōu)勢,這個工藝“胃口”很好,隨便什么電池都可以放進去。
我們中南大學(xué)的回收工藝以物理法為主,它有幾個主要的環(huán)節(jié),第一個稱為精確的拆解,接著進行材料的修復(fù),我們這個材料的修復(fù)跟前面濕法冶金相比,別人是把它溶解掉,我們是把這個材料重新合成,直接合成電池能用的材料,當(dāng)然這也會有很多細(xì)節(jié)問題。
在中南大學(xué)有一些電性能和霧化性能的對比研究,包括低溫性能和倍率性能,這都是把修復(fù)的材料跟買來的材料進行對比,修復(fù)的材料循環(huán)性能做到1700次。同時我們也對比了很多雜質(zhì),用物理法肯定會有少量的雜質(zhì)存在,這些雜質(zhì)在可控的范圍內(nèi)其實影響不大。
總的來說,采用物理法回收工藝的材料性能還是很接近新買來的材料。這個技術(shù)以物理法為主,沒有污染,工藝流程比較短,我們預(yù)測凈利率大概會達到20%,希望我們的回收工藝在日后能得到一定推廣。
(本文根據(jù)李薦在2018中國電動汽車百人會論壇上的演講速記整理,未經(jīng)本人確認(rèn)。)