新能源汽車電池回收行業(yè)污染探究與防治措施

張皓東

蘭州石化職業(yè)技術大學 甘肅省蘭州市 730207

動力電池是新能源汽車的關鍵部件，占據(jù)汽車成本的三成左右，動力電池性能的好壞直接影響著新能源汽車的續(xù)航和安全性。近些年受市場利好影響，新能源汽車產(chǎn)銷兩旺，動力電池市場保持高速增長。行業(yè)在高速發(fā)展的同時，第一批新能源動力電池進入規(guī)?；艘燮凇ｎA計到2025 年，退役動力電池將達到80 萬噸。隨著動力電池退役高峰的到來也帶來了關于電池環(huán)境污染的思考。2021 年工信部《新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業(yè)規(guī)范條件》企業(yè)名單三批共計41 家，而調查發(fā)現(xiàn)，我國目前現(xiàn)存動力電池回收相關企業(yè)4.06 萬家。近10 年來，我國動力電池回收相關企業(yè)注冊量不斷增長，2021 年急劇增長至2.44 萬家，同比增長635.17%。在巨大市場潛力下，數(shù)量稀少的白名單企業(yè)和萬余家相關業(yè)務的公司形成了強烈對比，而這構成了國內(nèi)當下動力電池回收市場。退役動力電池中的重金屬、含氟電解質、有機溶劑、塑料薄膜等有毒有害物質造成環(huán)境危害巨大，修復成本較高。由此導致的資源安全及生態(tài)環(huán)境風險會成為制約新能源汽車電池進一步發(fā)展的決定因素。

1 引起污染的原因

按照鋰離子電池的基本組成與加工流程，新能源汽車動力電池對環(huán)境的污染有以下兩個方面。

1.1 正極材料、負極材料、電解液產(chǎn)生的污染

正極材料中含有磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元材料、鈷酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰等，正極材料中沒有重金屬，相比較傳統(tǒng)鉛酸電池，則屬于輕度污染。

負極材料中含有石墨、鈦酸鋰、硅基、錫基材料。石墨有天然也有人工制成的，負極材料也基本沒有污染，但是石墨浮選回收方法會造成輕度污染。

電解液由有機溶劑及鉀鹽組成，電解液中碳酸二甲酯存在輕度污染，六氟磷酸鋰遇水生成氟化氫，有毒。

非正規(guī)企業(yè)存在回收收置不力的情況，這是污染物向環(huán)境釋放的主要途徑，特別是鋰離子電池中的正負極材料及電解液中的物質不能采取行之有效的措施，那么在拆解、放電、熱解過程中會釋放到外部環(huán)境中，比如粘附與設備或地面上，日久天長，對周邊生態(tài)系統(tǒng)造成破壞，如果在雨天，污染物會隨之進入地下水處理管網(wǎng)，對周邊居民造成傷害。無論是電池粉碎篩選殘余物還是廢渣中的鎳、鈷、錳等重金屬亦會對環(huán)境造成污染。特別是我國目前廢舊動力電池處理行業(yè)污染物排放標準尚不健全，對于特定行業(yè)污染物排放限值暫無定論，面對日益嚴格的生產(chǎn)準入和日新月異的產(chǎn)業(yè)變化束手無策。

1.2 動力電池拆解的固體垃圾污染

外殼材料：鋁殼、鋼殼、塑料殼、鋁塑膜等，其中塑料殼和鋁塑膜存在白色污染。隔膜：主要是聚烯烴類的微孔薄膜，白色污染。粘結劑：一般是丁苯橡膠SBR、聚偏氟乙烯PVdF、烯酸類等，也以白色污染為主。這些很多是不可回收的廢品，主要倒入垃圾箱或者長期堆放在回收點附近，在溫度較高的夏季，未經(jīng)任何防護與遮擋處理，裸露在外的廢棄物，會釋放出有毒有害氣體，從而造成大氣污染，加之垃圾箱中的生活垃圾變質發(fā)酵、腐爛，產(chǎn)生惡臭，又造成細菌、寄生蟲等長期繁殖，加大了季節(jié)性傳染病的傳播概率，甚至個別經(jīng)營者在夜間焚燒，使周圍空氣被污染，刺鼻難聞，焚點周圍居民苦不堪言。

1.3 拆解電池場所污染嚴重且充滿危險

廢舊動力電池回收行業(yè)是比較無序的，很多城市的汽修行業(yè)都進行回收汽車電池的生意，這些小作坊普遍面積較小、店鋪里完全不符合6s 規(guī)定、工具及物品雜亂無章，廢舊電池儲存的地方隨意擺放，周遭空氣中彌漫著難聞的的氣味，這些經(jīng)營者為了個人利益，未經(jīng)許可私自拆解提煉或者組裝二手電池，包裝后再行銷售，充滿著非常大的安全應還。而正規(guī)回收電池的企業(yè)因受這些小作坊的影響，回收電池的工作進展緩慢，效益萎縮。此外據(jù)了解，小作坊的從業(yè)人員素質地下，根本不具備回收動力電池的資質，也沒有拆解回收利用的技術，拆解過程只是憑借自己的經(jīng)驗或者學到的皮毛知識進行工作，尤其是新能源汽車電池的維修和拆解比傳統(tǒng)汽車蓄電池難度要高，乘用車電池電壓在300伏-450 伏之間，大巴車電池電壓在600 伏以上，新能源電池的結構、原理等與傳統(tǒng)蓄電池有些很多不一樣的，尤其是鋰電池即使是報廢，實質上內(nèi)部依舊有不少電量，如果處理過程中發(fā)生爆燃，一系列的問題比如重金屬污染、有機物廢氣排放等，就會出現(xiàn)二次污染的情況。如果是非專業(yè)人士拆解，出現(xiàn)危險的幾率是很高的，嚴重者會危及生命，所以從安全角度來看是必須要回收，然后由專業(yè)性較強的人員進行，否則在這種環(huán)境下進行拆解和組裝將帶來一系列不確定的危害。另外，由于鋰電池回收需要的技術手段比較傳統(tǒng)蓄電池要高，那么限制了它的回收市場，但是小作坊是不會在意拆解過程中對環(huán)境的污染，為了提高個人利益只是用簡陋且浪費嚴重的手段去獲得有價值的金屬材料。

2 防治措施

2.1 加強從業(yè)人員的安全培訓，加速產(chǎn)業(yè)鏈的延伸

首先應使動力電池生產(chǎn)者建立電池生命周期追蹤管理制度，配合相關部門，多方協(xié)調建立健全監(jiān)督機制，促使各方在產(chǎn)業(yè)及產(chǎn)品標準、清潔生產(chǎn)技術、電池回收、梯次利用、電池個體信息等方面互享共通。因為回收電池要求具備咨詢、回購、換新、分類、關鍵點檢測等多項技能，因此要求工作人員必須是專業(yè)人員或者有相關工作經(jīng)驗，或者入職之前進行專業(yè)化培訓。其次借鑒國外動力電池回收做法，嚴懲小作坊手工拆卸廢舊動力電池，將動力電池標記追蹤信號，將小作坊點全部納入監(jiān)控范圍，嚴查、嚴堵污染物走向，利用環(huán)境信息技術，作為提升環(huán)境管理效率的重要手段，在環(huán)境監(jiān)測，環(huán)境污染控制和環(huán)境管理方面發(fā)揮重要作用。明確電池回收、利用強制性措施或法律法規(guī)，明確處罰主體責任劃分，對于遵規(guī)守紀擁有動力電池梯次利用、再生利用的回收企業(yè)設定鼓勵表彰辦法。設計效率高且完善的廢舊動力電池回收利用體系刻不容緩，能夠有效降低資源安全風險、環(huán)境安全風險，進一步提升新能源汽車動力電池的回收利用率。

2.2 改進回收技術，降低成本，擴大梯次利用市場

應該采用更先進的拆解回收利用技術，一般是物理回收工藝流程、濕法回收工藝流程、火法回收工藝流程。

物理回收流程通過將報廢動力電池內(nèi)部的成分經(jīng)過一系列手段后得到可回收的產(chǎn)物，這些有價值的拆解物再次用到下一步回收的環(huán)節(jié)，比如內(nèi)部的活性物質和外殼等進行破碎、過篩、磁選分離、精細粉碎和分類加工等。濕法回收的工藝流程是將廢舊的動力電池進行拆解和預處理換節(jié)后，溶于配置好的酸堿溶液中，對酸堿溶液進行萃取得到珍貴的金屬元素，隨后通過電沉積和離子交換的技術手段提取出可回收利用的金屬。火法回收技術方法需要將廢舊的動力電池首先放電處理，其次將電池按類別劃分，經(jīng)過震動、磁選的環(huán)節(jié)將外殼的金屬及電極材料篩選剝離，再次將電極材料進行電弧爐的高溫處理，其中電極中的有機物和碳將經(jīng)過高溫燃燒，得到的產(chǎn)物是還原氣體。可以對金屬元素起到保護作用，最終經(jīng)過火法工藝得到金屬和金屬氧化物的細粉材料。

圖1 廢舊動力電池回收各主體及作用

以上回收利用方法需要大量設備投入，融資成本較高，也制約了動力電池回收企業(yè)的技術突破與發(fā)展壯大。應該采用新的回收技術裝置比如：一種新能源汽車電池回收分類裝置，包括振動器、分類箱和收集箱，所述收集箱安裝于分類箱下端，分類箱的上端設有存放槽，存放槽的底面上設有一個以上的進入槽，進入槽的底面上均設有貫穿分類箱的安裝通道，安裝通道內(nèi)部均設有一個以上的固定環(huán)，固定環(huán)的內(nèi)環(huán)面上均安裝有一塊以上的刀片，一塊以上的刀片均組合形成一供電池通過的剝離通道，每組刀片下端均延伸至收集箱中，并均安裝有第一鏈輪，第一鏈輪均通過驅動機構驅動，收集箱內(nèi)部安裝有一根以上的導流桿。此種回收裝置結構簡單，通過振動能將電池震入進入槽中，并掉落到剝離通道中，通過旋轉的刀片能快速的刮去電池表面的包裝膜，有效的將電池和包裝膜進行分類。

提高汽車動力電池質量水平，推行動力電池模組設計標準化，將梯次利用環(huán)節(jié)融入到動力電池設計與制造過程中，降低梯次利用的難度與成本。督促電池生產(chǎn)企業(yè)落實生產(chǎn)者責任延伸制度與動力電池溯源制度，實現(xiàn)對動力電池全生命周期的管理。大力發(fā)展動力電池梯次利用的關鍵技術，加快制定梯次利用相關標準，降低電池梯次利用的安全風險。

2.3 對廢舊電池回收點的硬質表面處理

通過采用新型多功能清污工具，可以方便快捷地實現(xiàn)清潔廢舊電池回收點的地面、墻面、玻璃；例如夾持普通長條形美工刀片，可在回收點的平面進行清污；夾持不同直徑的凹面刀片，可對不同直徑的回收管路清污；夾持不同直徑凸面刀片，可對不同直徑的回收凹形水槽清污；不僅角度設計更加科學，可隨意貼合工作面，尤其是凹面及凸面硬質表面清污工作，使用月牙類刀片，可隨意旋轉角度，便于清理。廢舊電池回收點由于其維護工作量比較大，更要加大檢查力度，成立專業(yè)的清潔小組，配備高效清潔工具，不留污染死角。

2.4 采取多樣宣傳手段，提高公眾認識

新能源汽車動力電池的相關內(nèi)容應該通過多渠道多形式進行宣傳，政府應當起到帶頭科普的作用，在公交車站牌旁的宣傳欄，出租車宣傳窗口、電視網(wǎng)絡上的公益廣告、報刊雜志刊登科普文章應大力宣傳廢舊動力電池回收的重要性，對廣大群眾科普新能源汽車動力電池回收的各個環(huán)節(jié)，對于廢舊動力電池回收不當造成的資源浪費和環(huán)境污染應當重點科普，強調對新能源汽車行業(yè)的健康發(fā)展也有著非常大的負面影響。提升廢舊動力電池的潛在客戶的認知，推廣新能源汽車國家檢測與動力電池回收利用回溯管理平臺，根據(jù)各省市實際情況建立回收體系，規(guī)范動力電池回收行業(yè)標準等，這樣才能避免出現(xiàn)的安全風險，降低環(huán)境污染，提高資源的回收效率。

3 結語

廢舊動力電池的回收利用并不是一蹴而就的事情，而是要根據(jù)各地的事情情況，因地制宜，探索屬于本地區(qū)回收的道路，從近期目標來看，需要通過制定政策，分清各主體在回收供應鏈中的責任，確保廢舊動力電池回收有效且正規(guī)。長期來講，繼續(xù)擴大市場調配主體力量，在回收體系的各個環(huán)節(jié)比如：生產(chǎn)、銷售、回收、拆解、再利用、技術研發(fā)升級等方面提升作用，借鑒國外動力電池回收的先進經(jīng)驗和制度，不斷優(yōu)化回收體系，補齊回收利用制度，才能使得廢舊動力電池回收行業(yè)走的更遠，回收市場才能變得更加有活力，潛在車主才更有動力，環(huán)境污染才能得到更好的治理。