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退役的电池那么多,怎么处理好呢?

2019-04-13   点击量:61

在中国中大型城市,汽车尾气已经成为最主要的大气污染源,燃烧汽/柴油产生的碳氢化合物、氮氧化合物以及PM2.5颗粒正在无声无息地影响我们的健康。而与汽油车相比,电动车因为没尾气排放,明显更加环保。


但这个环保也不是绝对的,毕竟动力电池里面含有大量重金属、电解液等等,如果处理不好也会污染环境。


随着新能源车保有量越来越大,动力电池的需求量也在不断攀升,数据显示。我国新能源车动力电池总装机量高达57.35GWh,其中在2018年就达到了32.86GWh,同比增长137%,占总装机量的57.3%。


如果按照电池寿命8年来算,那首批大规模退役时间将会在2026年前后。另外,国内有研究机构也预计了今后几年动力电池回收数量,2019年11万吨、2022年42万吨,动力电池的回收与利用可以用刻不容缓来形容。


既然退役的电池那么多,怎么处理好呢?


对于动力电池的回收与利用,目前较为主流的有两种方法,一是再生利用(拆解电池提炼金属和原料),二是梯级利用(二次或多次利用)。


1.再生利用


目前动力电池主要分三元锂电以及磷酸铁锂两种,它们都含有钴、镍、锰、锂等重金属,其中钴和镍更是我国较为稀缺的矿藏资源,不回收就浪费了。


一般来说,实际容量低于初始容量的30%便无法梯级利用,目前欧盟主要采用火法冶金-湿法分离提纯、热解-湿法提纯、破碎-热解-蒸馏-火法冶金这几种工艺提取有用金属,而国内的锂电池回收企业则普遍采用热解-机械拆解、物理分选、湿法冶炼这几种工艺进行回收处理。


而在回收率方面,因为动力电池的成分比例相当复杂,所以针对不同类型的电池也有相对应更高效的回收工艺,例如火法冶金回收钴和镍更高效(但锂的回收不好),而湿法冶金则更有利于磷酸亚铁锂的回收。


虽然动力电池再生利用有方法可循,但实际回收起来经济效益并没有想象中的高。


据一份论文表示,目前1吨磷酸铁锂电池回收成本在8500元左右,而通过一系列工序提纯金属之后,所得市场价值仅9000元左右,基本没什么利润可言。


而三元锂电方面,因为有钴、镍、锰等金属,回收的效益会比磷酸铁锂更高,但因为钴有毒性,操作不当容易造成二次污染甚至引起爆炸,因此对回收企业的设备、人员也有更高的要求,这也变相增加了回收成本,降低了经济效益。


不过话说回来,一台电动车跑8年,很难做到容量损失70%以上,而对于这类退役动力电池而言,梯级利用明显更适合。


2.梯级利用


所谓梯级利用就是把难以满足汽车续航要求的动力电池用于低速电动车、电动工具、太阳能/风能储能装置等领域,TA们对动力电池的输出功率、续航需求没有汽车那么高,符合安全标准的退役汽车动力电池往往就能满足使用需求。


*根据锂电池容量划分,100%~80%容量满足汽车动力使用、80%~30%容量满足梯级利用,30%以下进行再生利用(拆解)。


目前包括北汽新能源、长安等11家车企已经和中国铁塔达成合作,把退役动力电池用在通信基站的储能设备当中。


虽然梯级利用无需把电池完全拆解,但因为电芯一致性难以保证,所以在实际应用中依然会遇到诸多问题,例如离散动力电池模组如何整合在一起、如何通过SOC、SOH、SOP等指标精确预测电池寿命等等。


除了技术层面存在难度之外,还需要考虑到经济效益。因为动力电池成本相当高昂(占到电动车总成本的三分一),这些退役电池用在储能、照明等领域未免有点大材小用,甚至在某些领域用电池储能(波谷充电)再输出电能的成本比直接使用电网供电还高。


而此前特斯拉也通过研究,并公开表示动力电池的二次利用没有多大经济效益。


既然再生利用、梯级利用经济效益都不高,那退役动力电池的回收就唯有靠政府推动。


退役动力电池回收,谁在做?


目前包括德国、日本、美国在内的国家都制定了相应的法律法规,督促电池生产企业、车企或是经销商回收退役电池。


举个例子,德国《电池法》在2009年已经生效,法规规定动力电池的生产、进口需要在政府登记,而经销商则要组织回收。与此同时德国环境部还资助了两个动力电池回收项目(LiBRi项目和LithoRec项目),来促进德国退役动力电池的回收利用研究。


而在美国,联邦政府制定了《含汞和可充电电池管理法案》,确定了生产者责任延伸制度,电池生产商负责组织回收退役电池。另外,美国很早就对退役动力电池梯级利用进行了研究,美国先进电池联合会(USABC)和美国能源部分别在1996年和2002年资助了动力电池的回收利用研究。和美国一样,日本《促进建立循环型社会基本法》、《固体废弃物管理和公共清洁法》、《资源有效利用促进法》等法规体系也规定电池生产商自行回收退役动力电池,政府给予生产商相应的补助。


最后说说我国,2018年年初,七部委联合印发《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》,规定了车企承担动力电池回收责任。而为了更高效地进行梯级利用,《暂行办法》还要求电池生产企业采用标准统一、协议开放的易回收设计,还要向车企提供电池拆解、存储技术信息,方便进行再生/梯级利用。



除了国家政策之外,各个地方也出台更为细致的回收方案,例如深圳市提出,对汽车按照20元/kWh的标准计提动力电池回收处理资金,然后给予该金额的50%作为回收补贴。


既然政策出来了,车企、电池生产企业同样要积极响应。


除了上文提及到长安、比亚迪、北汽新能源等多家车企已经和中国铁塔合作,实现梯级利用之外,电池生产企业也在积极响应,包括但不仅限于下面几个例子:


北汽新能源、上汽、吉利联合宁德时代布局回收业务。


比亚迪、三星联合格林美公司成立了福建格林美再生资源有限公司。


比亚迪获签英国18MW、43MW、50MW集装箱储能项目。


比克电池已实现综合处理2万辆报废汽车和3万吨退役动力电池的回收能力。


大众计划在德国萨尔茨吉特建立一家电池回收工厂,2020年起每年接收近1200吨退役动力电池。


博世联合宝马集团,用退役电池建造大型光伏电站储能系统。


奔驰与回收公司合作实施了Lunen项目,用退役电池建造电网储能设施。


特斯拉CTO、联合创始人之一Straubel成立了RedwoodMaterials新公司,主打全行业的电池回收(再生利用、非梯级利用)。


通用和ABB合作,利用雪佛兰Volt沃蓝达的退役电池组组建储能系统。


日产和住友集团合资成立4REnergy公司,用聆风的退役电池作为商用、住宅的储能设备。


……


截至目前,国内已有393家车企,44家报废汽车回收拆解企业、37家梯级利用/42家再生利用企业加入了新能源汽车国家监测与动力蓄电池回收利用溯源综合管理平台。无论在国内还是欧美日等发达地区,退役动力电池的回收利用产业链都在日益成熟。


电动车污染更大?废旧动力电池到底去哪了?


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当退役动力电池得到有效处理,再说电动车环保也不迟。


钜大特种电池工程研究院

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