新能源汽車廢舊電池怎么處理？企業(yè)如何應(yīng)對回收熱潮？

新能源汽車的快速發(fā)展，帶來了動力電池的大量退役。據(jù)預(yù)測，到2025年，中國的動力電池退役量將達(dá)到60萬噸，市場規(guī)模將超過100億。這些廢舊電池如果處理不當(dāng)，將對環(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，就不能滿足汽車的動力需求，需要更換或報廢。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，會對土壤、水源和空氣造成嚴(yán)重的污染。因此，做好動力電池的回收利用，對于保護(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力電池經(jīng)過檢測、分選、修復(fù)等處理后，再用于其他領(lǐng)域，如儲能、通信基站、太陽能等。這種方式可以延長電池的使用壽命，減少對環(huán)境的影響，同時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、市場不規(guī)范等。目前，我國的梯次利用還處于探索階段，主要以示范項目為主，尚未形成完整的商業(yè)模式。

再生利用是指將退役的動力電池經(jīng)過拆解、分離、提純等工藝，回收其中的有價值金屬元素，再將這些材料循環(huán)利用于新的電池或其他產(chǎn)品中。這種方式可以實現(xiàn)資源的最大化利用，減少對外依賴，同時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，并實行“有進(jìn)有出”的動態(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)。這種方法可以實現(xiàn)全組分、全自動、無污染的拆解，但人工強度大，其他有價金屬回收困難。

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。這種方法可以實現(xiàn)高效的金屬回收，但工藝流程長，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。這種方法工藝簡單，可以回收更多的重金屬，但收率低，能耗高，而且會產(chǎn)生一些廢棄物污染。

從當(dāng)前我國再生利用的技術(shù)路線對比來看，濕法回收對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力電池回收企業(yè)構(gòu)筑成本優(yōu)勢的著力點。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，但是價格便宜，性能穩(wěn)定，技術(shù)比較成熟的;鋰電池，價格比較貴，但是使用時間較長，便攜。我前年四月份從道易行商城買過一個天能的鉛酸電池，現(xiàn)在都感覺還是不錯的，電池還是要多保養(yǎng)的。

電動車電池是電動車上的動力來源，現(xiàn)在的電動車上絕大多數(shù)裝的是鉛酸蓄電池，鉛酸蓄電池成本低，性價比高。因為這種電池能充電，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。、

能夠被電動自行車采用的有以下四種動力蓄電池，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各種電動車普遍采用和廣泛研究。電動自行車作為省力、方便、快速、舒適、價廉、零排放的個人交通工具已被人們廣泛接受,并受到國家有關(guān)部門的重視。由國務(wù)院發(fā)展研究中心、國家發(fā)改委、建設(shè)部、科技部等部委參與的《輕型電動車產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究》課題組提出了輕型電動車產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報告。電動自行車的全國保有量已達(dá)3000萬輛以上。95%以上的電動自行車都用閥控鉛蓄電池。[1]

已商品化的電動自行車的絕大多數(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

鉛酸蓄電池充電時變成硫酸鉛的陰陽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;反之放電時陽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，陰陽兩極板的硫酸鉛不能完全轉(zhuǎn)化變成海綿狀鉛和氧化鉛，如果長期充電不足，則會造成硫酸鉛結(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個月以上。電動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)累計行駛里程約18000km(以4km/Ah計,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

在多年的使用實踐中,電動自行車的整車廠家和蓄電池廠家都逐漸認(rèn)識了蓄電池與電驅(qū)動系統(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,我們在研究中發(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]

純電動車用鉛蓄電池

早期純電動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個月(12萬公里)的成功經(jīng)驗,關(guān)鍵是積累了控制好充電方式、放電深度、及時補水等一套系統(tǒng)匹配的工作經(jīng)驗和精心維護(hù)的經(jīng)驗。近年來四輪微型電動車(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)型號的電池受到蓄電池制造廠家的青睞。[1]

電動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。相信電動自行車用的閥控鉛蓄電池成功的經(jīng)驗可推廣到純電動車用閥控鉛蓄電池,性能將會有進(jìn)一步的提高。[1]

混合電動車用鉛蓄電池

現(xiàn)在混合電動車基本分為3類:輕度混合型(即電動系統(tǒng)主要用于起動和回收制動能量,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(即電動系統(tǒng)用于起動、回收制動能量和中、短距離的行駛)、重度混合型(即電動系統(tǒng)用于起動、回收制動能量和較長距離的行駛,也稱為Plug-in)。[1]

在國內(nèi)外文獻(xiàn)中已明確:在輕度混合的電動汽車中,閥控鉛蓄電池是有優(yōu)勢的,主要因其成本低,技術(shù)成熟,性能可靠;中度混合的電動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蓄電池爭奪中度混合電動汽車的市場,現(xiàn)已推出并進(jìn)行了車上試驗的卷繞式雙極耳電池和TMF(金屬薄膜)電池;在重度混合的電動汽車領(lǐng)域,鉛蓄電池的比能量低,無法滿足電動系統(tǒng)較長距離的行駛要求。[1]

膠體蓄電池

是對液態(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，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力電池的回收處理利用問題引起社會廣泛關(guān)注，已成為我國新能源汽車產(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)部門及時出手、行業(yè)企業(yè)同心聯(lián)手，加快完善新能源汽車動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)動力電池回收利用市場健康發(fā)展。

廢舊動力電池回收數(shù)量陡增、回收渠道雜亂、環(huán)保風(fēng)險增大、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，我國新能源汽車銷售已突破350萬輛，全年累計裝車量達(dá)154.5吉瓦時，同比增長142.8%，這表明動力電池已迎來快速增長期。與此同時，退役動力電池數(shù)量也逐漸增加。按純電動汽車動力電池使用壽命推算，2018年以前銷售的約130萬輛純電動汽車將陸續(xù)進(jìn)入報廢期。數(shù)據(jù)顯示，我國國內(nèi)新能源汽車動力電池累計退役量已超過20萬噸，預(yù)計到2025年將達(dá)到78萬噸。

目前，我國一些地方電池回收市場比較混亂。一些正規(guī)從事新能源汽車廢舊動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力電池，被拆解企業(yè)在廠房簡陋、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。更令人擔(dān)憂的是，他們將收購來的動力電池經(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自行車、電動三輪車和家庭儲能、備用電源等，埋下安全隱患;而且無形中擾亂了市場秩序，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)。