新能源汽車廢舊電池怎么處理？企業(yè)如何應(yīng)對(duì)回收熱潮？

新能源汽車的快速發(fā)展，帶來了動(dòng)力電池的大量退役。據(jù)預(yù)測(cè)，到2025年，中國(guó)的動(dòng)力電池退役量將達(dá)到60萬噸，市場(chǎng)規(guī)模將超過100億。這些廢舊電池如果處理不當(dāng)，將對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。那么，廢舊電池應(yīng)該如何處理?回收利用還是污染源?

動(dòng)力電池是新能源汽車的“心臟”，其性能和壽命決定了汽車的性能和安全。一般來說，當(dāng)電池容量降低到80%以下時(shí)，就不能滿足汽車的動(dòng)力需求，需要更換或報(bào)廢。這些退役的電池中含有大量的有色金屬和有毒物質(zhì)，如鈷、鎳、鋰、氟等，如果隨意丟棄或填埋，會(huì)對(duì)土壤、水源和空氣造成嚴(yán)重的污染。因此，做好動(dòng)力電池的回收利用，對(duì)于保護(hù)生態(tài)環(huán)境、提高資源利用效率、保障新能源汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

目前，動(dòng)力電池的回收利用主要有梯次利用和再生利用兩種方式。

梯次利用是指將退役的動(dòng)力電池經(jīng)過檢測(cè)、分選、修復(fù)等處理后，再用于其他領(lǐng)域，如儲(chǔ)能、通信基站、太陽(yáng)能等。這種方式可以延長(zhǎng)電池的使用壽命，減少對(duì)環(huán)境的影響，同時(shí)也可以帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益。然而，梯次利用也面臨一些問題，如標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、技術(shù)不成熟、市場(chǎng)不規(guī)范等。目前，我國(guó)的梯次利用還處于探索階段，主要以示范項(xiàng)目為主，尚未形成完整的商業(yè)模式。

再生利用是指將退役的動(dòng)力電池經(jīng)過拆解、分離、提純等工藝，回收其中的有價(jià)值金屬元素，再將這些材料循環(huán)利用于新的電池或其他產(chǎn)品中。這種方式可以實(shí)現(xiàn)資源的最大化利用，減少對(duì)外依賴，同時(shí)也可以降低新能源汽車的成本。目前，再生利用是行業(yè)內(nèi)主流的回收方式。根據(jù)工信部發(fā)布的《新能源汽車廢舊動(dòng)力蓄電池綜合利用行業(yè)規(guī)范條件(2019年本)》，綜合利用企業(yè)應(yīng)具備相應(yīng)的資質(zhì)和條件，并實(shí)行“有進(jìn)有出”的動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制。

再生利用的技術(shù)路線主要有物理回收、濕法回收和火法回收三種。

物理回收是通過破碎、過篩、磁選等手段將電池中的各種組分分離出來，并進(jìn)行材料修復(fù)。這種方法可以實(shí)現(xiàn)全組分、全自動(dòng)、無污染的拆解，但人工強(qiáng)度大，其他有價(jià)金屬回收困難。

濕法回收是通過酸堿溶液將電池中的金屬元素溶解出來，并通過化學(xué)沉淀、溶劑萃取等手段提取出來。這種方法可以實(shí)現(xiàn)高效的金屬回收，但工藝流程長(zhǎng)，回收過程涉及腐蝕性溶劑，存在廢液污染等問題。

火法回收是通過高溫?zé)峤鈱㈦姵刂械慕饘傺趸镞€原成金屬，再進(jìn)行深加工處理。這種方法工藝簡(jiǎn)單，可以回收更多的重金屬，但收率低，能耗高，而且會(huì)產(chǎn)生一些廢棄物污染。

從當(dāng)前我國(guó)再生利用的技術(shù)路線對(duì)比來看，濕法回收對(duì)金屬元素的回收率高，再制備產(chǎn)品的純度高，已成為業(yè)內(nèi)主流的技術(shù)路線。濕法回收的成本主要由化學(xué)試劑和能源費(fèi)用組成。因此，提高化學(xué)試劑的使用效率、降低再生利用環(huán)節(jié)的能耗成本將是各動(dòng)力電池回收企業(yè)構(gòu)筑成本優(yōu)勢(shì)的著力點(diǎn)。濕法回收的工藝類型主要有無機(jī)酸浸透、有機(jī)酸浸、堿浸、還原性浸出和強(qiáng)化浸出。近年來，有機(jī)酸和堿浸出工藝因其擁有良好的生物降解性和較低的二次污染，得到了廣泛探索。此外，部分還原劑和強(qiáng)化手段也被添加到浸出體系中，以提高浸出率和金屬回收率。

電動(dòng)車電池有鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰離子電池、聚合物鋰電池、鋅空電池、燃料電池等。其中蓄電池又分為閥控鉛酸免維護(hù)蓄電池、膠體鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池和鋰離子電池等。

現(xiàn)在主要的使用的有鉛酸電池和鋰電池，鉛酸電池笨重，但是價(jià)格便宜，性能穩(wěn)定，技術(shù)比較成熟的;鋰電池，價(jià)格比較貴，但是使用時(shí)間較長(zhǎng)，便攜。我前年四月份從道易行商城買過一個(gè)天能的鉛酸電池，現(xiàn)在都感覺還是不錯(cuò)的，電池還是要多保養(yǎng)的。

電動(dòng)車電池是電動(dòng)車上的動(dòng)力來源，現(xiàn)在的電動(dòng)車上絕大多數(shù)裝的是鉛酸蓄電池，鉛酸蓄電池成本低，性價(jià)比高。因?yàn)檫@種電池能充電，可以反復(fù)使用，所以稱它為鉛酸蓄電池。

1860年，法國(guó)的普朗泰發(fā)明出用鉛做電極的電池，這是鉛酸蓄電池的前身。、

能夠被電動(dòng)自行車采用的有以下四種動(dòng)力蓄電池，即閥控鉛酸免維護(hù)蓄電池、膠體鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池和鋰離子電池。

鉛酸蓄電池

鉛蓄電池因其價(jià)格便宜、材料來源豐富、比功率較高、技術(shù)和制造工藝較成熟、資源回收率高等綜合因素被各國(guó)各種電動(dòng)車普遍采用和廣泛研究。電動(dòng)自行車作為省力、方便、快速、舒適、價(jià)廉、零排放的個(gè)人交通工具已被人們廣泛接受,并受到國(guó)家有關(guān)部門的重視。由國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心、國(guó)家發(fā)改委、建設(shè)部、科技部等部委參與的《輕型電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究》課題組提出了輕型電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告。電動(dòng)自行車的全國(guó)保有量已達(dá)3000萬輛以上。95%以上的電動(dòng)自行車都用閥控鉛蓄電池。[1]

已商品化的電動(dòng)自行車的絕大多數(shù)是使用的密封式鉛酸蓄電池，使用中不需要經(jīng)常補(bǔ)充水分，免維護(hù)。其主要化學(xué)反應(yīng)是：PbO2+2H2SO4+Pb←充電、放電→2PbSO4+2H2O

鉛酸蓄電池充電時(shí)變成硫酸鉛的陰陽(yáng)兩極的海綿狀鉛把固定在其中的硫酸成分釋放到電解液中，分別變成海綿狀鉛和氧化鉛，電解液中的硫酸濃度不斷變大;反之放電時(shí)陽(yáng)極中的氧化鉛和陰極板上的海綿狀鉛與電解液中的硫酸發(fā)生反應(yīng)變成硫酸鉛，而電解液中的硫酸濃度不斷降低。當(dāng)鉛酸蓄電池充電不足時(shí)，陰陽(yáng)兩極板的硫酸鉛不能完全轉(zhuǎn)化變成海綿狀鉛和氧化鉛，如果長(zhǎng)期充電不足，則會(huì)造成硫酸鉛結(jié)晶，使極板硫化，電池品質(zhì)變劣;反之如果電池過度充電，陽(yáng)極產(chǎn)生的氧氣量大于陰極的吸附能力，使得蓄電池內(nèi)壓增大，導(dǎo)致氣體外溢，電解液減少，還可能導(dǎo)致活性物質(zhì)軟化或脫落，電池壽命大大縮短。

綜合性能有很大提高

近10年來,電動(dòng)自行車用閥控鉛蓄電池的綜合性能有很大提高。以6-DZM-10電池為例。1997年,該型電池存在容量不足,2h率(5A)放電容量達(dá)不到10Ah;比能量低,2h率的比能量不到30Wh/kg;壽命短,100%放電深度的循環(huán)壽命只有50~60次(容量降到8Ah前;以下同),使用壽命只有3~5個(gè)月等問題。

到2003年,2h率(5A)放電容量達(dá)到11~13Ah;2h率比能量達(dá)到33~36Wh/kg;100%放電深度的循環(huán)壽命達(dá)到250~300次,使用壽命可達(dá)到12個(gè)月以上。電動(dòng)自行車用閥控鉛酸蓄電池存在的問題基本得到解決。

該類型電池的深循環(huán)壽命性能又有新的、突破性進(jìn)展。主要表現(xiàn)為:2h率(5A)放電初始容量達(dá)到14Ah;2h率比能量達(dá)到38Wh/kg;100%放電深度的循環(huán)壽命超過400次,放出總?cè)萘繛?500Ah,相應(yīng)累計(jì)行駛里程約18000km(以4km/Ah計(jì),以下同)。最高的深循環(huán)壽命超過600次,放出總?cè)萘繛?151Ah,相應(yīng)累計(jì)行駛里程約24600km。如果以容量低于7Ah為壽命終止標(biāo)志,深循環(huán)壽命為943次循環(huán),放出總?cè)萘繛?710Ah,相應(yīng)累計(jì)行駛里程約34800km。如果按深循環(huán)壽命250次或放出的總?cè)萘繛?250Ah、相應(yīng)累計(jì)行駛里程為9000km的電池組可保證使用1年。[1]

重視與充電器的匹配

在多年的使用實(shí)踐中,電動(dòng)自行車的整車廠家和蓄電池廠家都逐漸認(rèn)識(shí)了蓄電池與電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備之間匹配的重要性,特別是與充電器的匹配。制造質(zhì)量是蓄電池質(zhì)量的前提,但只有在與其相匹配的充電器一起使用才能發(fā)揮高質(zhì)量蓄電池應(yīng)有的優(yōu)越性能,否則高質(zhì)量蓄電池不能完全發(fā)揮其潛在的優(yōu)越性能。[1]

不同廠家的蓄電池由于在配方、結(jié)構(gòu)、酸濃度等方面的差別,其合適的充電參數(shù)是不同的。例如,我們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn),不同廠家的蓄電池在恒壓階段的充電參數(shù)可相差1.5~2.0V(對(duì)36V的電池組)。合適的充電參數(shù)基本要求是:確保電池可充滿,不會(huì)因欠充電造成電池容量不正常的衰減;又要確保電池在全壽命期間不會(huì)因過充電而造成電池嚴(yán)重失水和產(chǎn)生熱失控。[1]

純電動(dòng)車用鉛蓄電池

早期純電動(dòng)車用的開口式鉛蓄電池采用了八·五規(guī)劃期間的研究成果,已取得了可用19個(gè)月(12萬公里)的成功經(jīng)驗(yàn),關(guān)鍵是積累了控制好充電方式、放電深度、及時(shí)補(bǔ)水等一套系統(tǒng)匹配的工作經(jīng)驗(yàn)和精心維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)。近年來四輪微型電動(dòng)車(包括游覽車、巡邏車、高爾夫球車、短距離道路車等)發(fā)展很快,車上采用的大多是開口式鉛蓄電池。相應(yīng)型號(hào)的電池受到蓄電池制造廠家的青睞。[1]

電動(dòng)車采用的是閥控式密封鉛蓄電池新產(chǎn)品,其性能為:3h率容量55Ah;3h率下比能量為33Wh/kg和84Wh/L;75%放電深度的循環(huán)壽命達(dá)到400次以上。相信電動(dòng)自行車用的閥控鉛蓄電池成功的經(jīng)驗(yàn)可推廣到純電動(dòng)車用閥控鉛蓄電池,性能將會(huì)有進(jìn)一步的提高。[1]

混合電動(dòng)車用鉛蓄電池

現(xiàn)在混合電動(dòng)車基本分為3類:輕度混合型(即電動(dòng)系統(tǒng)主要用于起動(dòng)和回收制動(dòng)能量,即將在所有汽車上推廣的42V電系統(tǒng)屬于此型)、中度混合型(即電動(dòng)系統(tǒng)用于起動(dòng)、回收制動(dòng)能量和中、短距離的行駛)、重度混合型(即電動(dòng)系統(tǒng)用于起動(dòng)、回收制動(dòng)能量和較長(zhǎng)距離的行駛,也稱為Plug-in)。[1]

在國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中已明確:在輕度混合的電動(dòng)汽車中,閥控鉛蓄電池是有優(yōu)勢(shì)的,主要因其成本低,技術(shù)成熟,性能可靠;中度混合的電動(dòng)汽車用的閥控鉛蓄電池,ALABC(先進(jìn)鉛酸蓄電池聯(lián)合體)正在組織研制,準(zhǔn)備與MH-Ni蓄電池爭(zhēng)奪中度混合電動(dòng)汽車的市場(chǎng),現(xiàn)已推出并進(jìn)行了車上試驗(yàn)的卷繞式雙極耳電池和TMF(金屬薄膜)電池;在重度混合的電動(dòng)汽車領(lǐng)域,鉛蓄電池的比能量低,無法滿足電動(dòng)系統(tǒng)較長(zhǎng)距離的行駛要求。[1]

膠體蓄電池

是對(duì)液態(tài)電解質(zhì)的普通鉛酸蓄電池的改進(jìn)。它采用凝膠狀電解質(zhì)，內(nèi)部無游離的液體存在,在同等體積下電解質(zhì)容量大，熱容量大，熱消散能力強(qiáng)，能避免一般蓄電池易產(chǎn)生的熱失控現(xiàn)象;電解質(zhì)濃度低，對(duì)極板腐蝕弱;濃度均勻，不存在酸分層的現(xiàn)象。

目前，新能源汽車退役廢舊動(dòng)力電池的回收處理利用問題引起社會(huì)廣泛關(guān)注，已成為我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展中亟須破解的難題。

筆者認(rèn)為，治理解決好此問題，需由政府相關(guān)部門及時(shí)出手、行業(yè)企業(yè)同心聯(lián)手，加快完善新能源汽車動(dòng)力電池回收管理制度，形成全周期管控、全產(chǎn)業(yè)鏈回收的資源高效利用體系，引導(dǎo)各相關(guān)方力量積極發(fā)揮作用，齊力推進(jìn)動(dòng)力電池回收利用市場(chǎng)健康發(fā)展。

廢舊動(dòng)力電池回收數(shù)量陡增、回收渠道雜亂、環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)增大、安全隱患增多，嚴(yán)重妨礙回收資源利用效率提升。

通過自主調(diào)研了解，2021年，我國(guó)新能源汽車銷售已突破350萬輛，全年累計(jì)裝車量達(dá)154.5吉瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)142.8%，這表明動(dòng)力電池已迎來快速增長(zhǎng)期。與此同時(shí)，退役動(dòng)力電池?cái)?shù)量也逐漸增加。按純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池使用壽命推算，2018年以前銷售的約130萬輛純電動(dòng)汽車將陸續(xù)進(jìn)入報(bào)廢期。數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)國(guó)內(nèi)新能源汽車動(dòng)力電池累計(jì)退役量已超過20萬噸，預(yù)計(jì)到2025年將達(dá)到78萬噸。

目前，我國(guó)一些地方電池回收市場(chǎng)比較混亂。一些正規(guī)從事新能源汽車廢舊動(dòng)力電池回收利用的大企業(yè)反映，通過正規(guī)渠道回收來的動(dòng)力電池僅占全行業(yè)數(shù)量的1/4，約有一半以上流向了非正規(guī)渠道的民間小作坊，面臨電池回收數(shù)量不足、貨源供應(yīng)不上、累遭非規(guī)范的個(gè)體戶和小作坊擠壓生存空間的困境。

而流入小作坊的大量廢舊動(dòng)力電池，被拆解企業(yè)在廠房簡(jiǎn)陋、位置偏僻的地方進(jìn)行人工操作，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。更令人擔(dān)憂的是，他們將收購(gòu)來的動(dòng)力電池經(jīng)工人手工拆解后，揀選組裝成不同規(guī)格的其他電池，不僅大量用于低速電動(dòng)自行車、電動(dòng)三輪車和家庭儲(chǔ)能、備用電源等，埋下安全隱患;而且無形中擾亂了市場(chǎng)秩序，給規(guī)范生產(chǎn)企業(yè)帶來了不公平和較大成本負(fù)擔(dān)。