關(guān)鍵詞：退役動(dòng)力鋰電池；循環(huán)利用；評(píng)估與分類；產(chǎn)業(yè)化

中圖分類號(hào)：TM912.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

動(dòng)力鋰電池是新能源汽車中最核心的組件之一，其承擔(dān)著能量存儲(chǔ)和供給的重要任務(wù)，隨著電動(dòng)汽車及儲(chǔ)能市場(chǎng)的快速發(fā)展，動(dòng)力鋰電池的需求也在不斷攀升[1]。這類電池通常采用鋰離子技術(shù)制造，具有高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命和對(duì)環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)。鋰電池的生命周期是有限的，一般在汽車上服役5-8年后，其性能就會(huì)明顯下降，到了這個(gè)階段，就需要進(jìn)行退役處理。隨著退役動(dòng)力鋰電池?cái)?shù)量的增加，對(duì)其處理和利用提出了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。在退役處理中，可以采用回收再利用、梯次利用等方式，將其轉(zhuǎn)化為其他用途，以最大程度地發(fā)揮其剩余價(jià)值。

新能源汽車大范圍推廣的同時(shí)，退役動(dòng)力鋰電池?cái)?shù)量逐年上升，這些電池若處理不好，在浪費(fèi)其有價(jià)金屬資源的情況下，有可能給環(huán)境帶來嚴(yán)重的污染。退役動(dòng)力鋰電池循環(huán)利用，關(guān)系到環(huán)境保護(hù)和資源的可持續(xù)利用，通過退役電池高效回收再利用，可將資源浪費(fèi)與環(huán)境污染降到最低程度，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益共贏。

本文研究目的，是對(duì)退役動(dòng)力鋰電池循環(huán)利用技術(shù)進(jìn)行深入探究，對(duì)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)進(jìn)行剖析，提出解決措施及策略。通過本文的研究，能夠促進(jìn)退役動(dòng)力鋰電池回收效率的提高，推動(dòng)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，也能為政策的制定提供科學(xué)依據(jù)，研究對(duì)促進(jìn)新能源汽車行業(yè)健康發(fā)展、能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型及可持續(xù)發(fā)展有著重要的指導(dǎo)意義[2]。

1退役動(dòng)力鋰電池的評(píng)估與分類

1.1檢測(cè)與評(píng)估方法

退役動(dòng)力鋰電池進(jìn)入循環(huán)利用流程前，必須對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)試和考核。這包括對(duì)電池的電化學(xué)性能（例如容量、內(nèi)阻、循環(huán)壽命）進(jìn)行測(cè)試，以及對(duì)電池的結(jié)構(gòu)完整性、安全性能進(jìn)行評(píng)估[3]。常見的檢測(cè)技術(shù)有充放電測(cè)試、阻抗譜的分析和X射線衍射（XRD）以及掃描電子顯微鏡（SEM）等多種方法，綜合評(píng)價(jià)上述參數(shù)可判斷電池剩余價(jià)值和確定后續(xù)利用方式。

1.2分類標(biāo)準(zhǔn)

退役動(dòng)力鋰電池一般以化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)類型、健康狀況和使用歷史等為依據(jù)進(jìn)行劃分?；谄浠瘜W(xué)構(gòu)成，可以將其分類為鋰鐵磷（LFP）、鋰鎳鈷錳（NCM）和鋰鎳鈷鋁（NCA）等幾種。按結(jié)構(gòu)類型可分為軟包電池和硬殼電池。按健康狀況可劃分為表現(xiàn)好、表現(xiàn)中和表現(xiàn)差3個(gè)層次。制定分類標(biāo)準(zhǔn)，有利于對(duì)電池進(jìn)行精細(xì)化管理，優(yōu)化資源配置。

1.3預(yù)處理流程

預(yù)處理流程是退役動(dòng)力鋰電池循環(huán)利用的重要環(huán)節(jié)，其包括放電、拆解、粉碎和篩選等一系列步驟。

（1）通過放電設(shè)備將電池中的殘余電量降至安全水平，這一步驟至關(guān)重要，因?yàn)槲唇?jīng)放電的電池在拆解和處理過程中存在安全隱患，可能導(dǎo)致熱失控、短路甚至起火等事故[4]。放電后，電池的安全風(fēng)險(xiǎn)大大降低，為后續(xù)處理提供了安全保障。

（2）對(duì)電池進(jìn)行精細(xì)的拆解，將電池的各個(gè)組件分離出來，這些組件包括電池單體的正極材料、負(fù)極材料、隔膜和外殼等。拆解過程中，需要特別注意材料的完整性和結(jié)構(gòu)的保護(hù)，以便于后續(xù)的回收和再利用，拆解后電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)被充分暴露，為后續(xù)處理提供了便利。

（3）通過粉碎機(jī)將電池材料細(xì)化。粉碎的目的，是將電池材料處理成較小的顆粒，增加材料的表面積，便于后續(xù)的化學(xué)處理，粉碎后的電池材料更容易與化學(xué)試劑反應(yīng)，提高了有價(jià)金屬的回收效率。粉碎過程也有助于破壞電池材料的團(tuán)聚結(jié)構(gòu)，使得回收過程更加均勻和徹底。

（4）通過篩選設(shè)備去除粉碎后的電池材料中的雜質(zhì)，這一步驟對(duì)于提高回收材料的純度至關(guān)重要。通過篩選可以得到相對(duì)純凈的電池材料，為后續(xù)的回收和再利用做好準(zhǔn)備，篩選后的材料可以進(jìn)入濕法冶金、火法冶金或其他回收工藝，進(jìn)一步提取其中有價(jià)值的金屬和其他組分。

通過這一系列的預(yù)處理流程，退役動(dòng)力鋰電池被有效地轉(zhuǎn)化為可回收和再利用的資源，實(shí)現(xiàn)了資源的循環(huán)和環(huán)境的保護(hù)，具體退役動(dòng)力鋰電池的預(yù)處理流程如圖1所示。

2退役動(dòng)力鋰電池的循環(huán)利用技術(shù)

2.1鋰電池的拆解

拆解回收退役動(dòng)力鋰電池，是實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用的首要環(huán)節(jié)，主要用于對(duì)電池有價(jià)組分進(jìn)行安全有效分離。通過放電設(shè)備將電池剩余電量降至安全水平，然后采用物理或機(jī)械方法（如切割、破碎、篩選等）將電池拆解為電池單體。對(duì)電池單體進(jìn)行更深入的分解，從而區(qū)分出正極、負(fù)極、隔膜以及電解液等多個(gè)部分。

2.2鋰電池中有價(jià)金屬的回收技術(shù)

鋰電池有價(jià)金屬回收，不僅關(guān)系到環(huán)保，而且也是資源循環(huán)利用過程中至關(guān)重要的一步，回收效率與回收過程中經(jīng)濟(jì)價(jià)值及環(huán)境效益直接相關(guān)。行業(yè)內(nèi)開發(fā)了各種回收技術(shù)以迎接這一挑戰(zhàn)，其中濕法冶金技術(shù)可以通過浸出，沉淀及置換等精細(xì)化學(xué)操作實(shí)現(xiàn)廢舊電池有價(jià)金屬的有效回收，但火法冶金技術(shù)是在高溫環(huán)境下采用熔煉、還原的工藝來回收有價(jià)金屬。

伴隨著生物技術(shù)的發(fā)展，微生物法逐漸成為回收領(lǐng)域中的一顆新星，其利用微生物天然代謝功能為回收過程的研究提供一種新思路。

這幾種方法各有特點(diǎn)，各有其優(yōu)點(diǎn)和局限性，實(shí)際使用時(shí)需從電池類型，金屬含量和成本效益幾個(gè)方面進(jìn)行考量，并選擇最合適的回收技術(shù)。

2.3鋰電池材料的再生與再利用

退役動(dòng)力鋰電池再生利用具有重要價(jià)值，正極材料中存在有價(jià)值的有價(jià)金屬，經(jīng)回收處理可再次應(yīng)用于新型鋰電池正極材料的制備，有利于降低稀有金屬需求量和生產(chǎn)成本。

負(fù)極材料中碳材料可應(yīng)用于超級(jí)電容器和碳纖維的制備，擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域和提高資源利用效率。隔膜材料可采用熔融再生和溶解再生兩種方式進(jìn)行回收，以降低新材料需求量，降低生產(chǎn)成本和減小環(huán)境影響。電解液中有機(jī)溶劑及鋰鹽還可經(jīng)蒸餾、萃取回收，降低資源浪費(fèi)及環(huán)境污染。

實(shí)現(xiàn)退役動(dòng)力鋰電池回收，既有利于資源循環(huán)利用又能減少自然資源開采、保護(hù)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展。

2.4鋰電池的梯次利用技術(shù)

梯次利用被視為一種高效率的資源使用策略，它通過將已退役的動(dòng)力鋰電池轉(zhuǎn)換為其他功能，從而最大化其潛在價(jià)值。從電池性能等級(jí)上看，退役電池可用于儲(chǔ)能系統(tǒng)，備用電源和移動(dòng)電源中，并在社會(huì)各領(lǐng)域提供可靠能源支持。

梯次利用時(shí)，電池的性能評(píng)估、重新組合、管理與維護(hù)非常關(guān)鍵，才能保證電池在新型應(yīng)用場(chǎng)景下安全穩(wěn)定運(yùn)行，其中包括電池的嚴(yán)格檢測(cè)與試驗(yàn)、電池可用性與適用性的判定、以及保證電池性能與安全的必要措施。

實(shí)行梯次利用技術(shù)，既能延長(zhǎng)電池使用壽命、減少廢棄電池給環(huán)境帶來的不利影響，又能降低新電池產(chǎn)生的要求，使資源得到最大限度利用，這一循環(huán)利用有利于減少稀有資源依賴、能源生產(chǎn)碳足跡和能源可持續(xù)發(fā)展。所以，梯次利用技術(shù)對(duì)促進(jìn)清潔能源與循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重大意義，有利于構(gòu)建更可持續(xù)能源體系與社會(huì)經(jīng)濟(jì)模式。

3退役動(dòng)力鋰電池循環(huán)利用的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展

3.1產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

退役動(dòng)力鋰電池回收行業(yè)，是一個(gè)正在興起并迅速成長(zhǎng)起來的行業(yè)。隨著電動(dòng)汽車市場(chǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，退役電池?cái)?shù)量快速增長(zhǎng)，促進(jìn)回收利用產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。目前世界各國(guó)都已建立起具有一定規(guī)模，由回收、拆解、物料回收再利用各個(gè)環(huán)節(jié)組成的回收體系。受技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面的限制，其回收利用效率還有待提高，各國(guó)、各地區(qū)產(chǎn)業(yè)化水平差別很大。

3.2政策與法規(guī)

政策法規(guī)對(duì)促進(jìn)退役動(dòng)力鋰電池循環(huán)利用行業(yè)發(fā)展具有重要意義，政府通過出臺(tái)相關(guān)法律法規(guī)對(duì)電池回收利用進(jìn)行規(guī)制，以促進(jìn)行業(yè)良性發(fā)展。以歐盟為例，歐盟執(zhí)行關(guān)于各成員國(guó)回收電池的指令，制定回收率的目標(biāo)。中國(guó)亦推出了如《新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用管理暫行辦法》等相關(guān)政策，這些政策明確了關(guān)于回收的責(zé)任、監(jiān)督機(jī)制以及激勵(lì)方案[5]。

3.3技術(shù)創(chuàng)新

技術(shù)創(chuàng)新是推動(dòng)退役動(dòng)力鋰電池回收利用行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵動(dòng)力，當(dāng)前科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)都在電池拆解，材料回收以及有價(jià)金屬提取領(lǐng)域進(jìn)行著新的技術(shù)探索。如采用自動(dòng)化拆解技術(shù)，提升拆解效率與安全性；先進(jìn)濕法冶金技術(shù)使有價(jià)金屬回收率增加；直接回收技術(shù)等新的回收工藝可以回收物料而不損壞電池結(jié)構(gòu)，減少回收成本。

3.4商業(yè)模式

商業(yè)模式創(chuàng)新對(duì)于退役動(dòng)力鋰電池循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展同樣重要。傳統(tǒng)的回收模式正在向閉環(huán)回收、聯(lián)合回收等新模式轉(zhuǎn)變。閉環(huán)回收模式通過與電池制造商、汽車制造商等合作，實(shí)現(xiàn)電池材料的閉合循環(huán)；聯(lián)合回收模式則是將多個(gè)環(huán)節(jié)的企業(yè)聯(lián)合起來，形成產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同效應(yīng)。一些企業(yè)還探索了電池租賃、共享電池等新型商業(yè)模式，以推動(dòng)電池的循環(huán)利用。不同國(guó)家和地區(qū)的退役動(dòng)力鋰電池循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)化發(fā)展情況，如表1所示。

4挑戰(zhàn)與展望

4.1技術(shù)難題

盡管退役動(dòng)力鋰電池的循環(huán)利用技術(shù)已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但仍面臨諸多技術(shù)難題。例如電池不均勻性造成回收過程復(fù)雜性提高；電池材料分離回收效率亟待提升；有價(jià)金屬提取純化技術(shù)有待優(yōu)化。對(duì)于像固態(tài)電池這樣的新型電池系統(tǒng)，其回收技術(shù)還不夠成熟，因此有必要研發(fā)新的回收方法。

4.2環(huán)境影響

退役動(dòng)力鋰電池在循環(huán)利用時(shí)，若處理不當(dāng)可能導(dǎo)致環(huán)境二次污染，如電解液、有機(jī)物等治理需格外關(guān)注，以防土壤、水源等被污染。還需無害化處理回收時(shí)排放的廢氣、廢渣，開發(fā)并推廣環(huán)保型回收技術(shù)是減少對(duì)環(huán)境造成影響的重點(diǎn)。

4.3市場(chǎng)前景

在電動(dòng)汽車市場(chǎng)持續(xù)增長(zhǎng)的背景下，退役動(dòng)力鋰電池?cái)?shù)量會(huì)越來越多，這也為循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)帶來了廣闊的市場(chǎng)。據(jù)預(yù)測(cè)，退役電池回收市場(chǎng)在今后數(shù)年內(nèi)還會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大，有關(guān)技術(shù)與商業(yè)模式還會(huì)繼續(xù)創(chuàng)新。在電池原材料價(jià)格波動(dòng)情況下，回收利用經(jīng)濟(jì)性會(huì)逐步體現(xiàn)出來，并進(jìn)一步促進(jìn)市場(chǎng)發(fā)展。

4.4未來發(fā)展趨勢(shì)

退役動(dòng)力鋰電池未來循環(huán)利用趨勢(shì)更注重高效，環(huán)保，可持續(xù)。從技術(shù)上講，它將向自動(dòng)化，智能化方向邁進(jìn)，以提高回收效率與質(zhì)量。環(huán)保上將更加注重生命周期分析，減少環(huán)境足跡。在商業(yè)模式上將探索更多的合作模式，如電池制造商與回收企業(yè)之間的戰(zhàn)略合作，以及跨行業(yè)的資源整合。政策法規(guī)的健全以及國(guó)際化合作，也必將成為促進(jìn)我國(guó)退役動(dòng)力鋰電池回收行業(yè)發(fā)展的主要?jiǎng)恿Α?/p>

5結(jié)束語

退役動(dòng)力鋰電池循環(huán)利用是個(gè)多方面，多學(xué)科交叉的復(fù)雜工程，它涉及到對(duì)電池進(jìn)行測(cè)試、分類、拆解和回收再利用。在科技不斷進(jìn)步，行業(yè)不斷發(fā)展的今天，退役動(dòng)力鋰電池循環(huán)利用會(huì)更有效、更環(huán)保、更持久。要達(dá)到這一目的，需要政府，企業(yè)，科研機(jī)構(gòu)以及社會(huì)各界通力合作。政府應(yīng)該出臺(tái)更健全的政策、法規(guī)來指導(dǎo)、規(guī)范行業(yè)發(fā)展，企業(yè)要加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)與商業(yè)模式創(chuàng)新，提升循環(huán)利用效率與經(jīng)濟(jì)效益，科研機(jī)構(gòu)要強(qiáng)化基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究相結(jié)合的方式為行業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支撐。通過上述舉措，可有效促進(jìn)退役動(dòng)力鋰電池回收利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展，最大限度利用資源，最大限度降低環(huán)境影響。

作者簡(jiǎn)介：

劉樹軍，碩士，工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境影響評(píng)價(jià)和噪聲治理。

杜丹，碩士，工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境影響評(píng)價(jià)、廢氣治理措施、廢水處理措施和環(huán)境工程。

陳立紅，碩士，工程師，研究方向?yàn)榛ぴO(shè)計(jì)、化工環(huán)保、環(huán)保咨詢、環(huán)境影響評(píng)價(jià)以及化工和環(huán)保交叉。