隨著新能源電動(dòng)車行業(yè)的飛速發(fā)展，全球?qū)︿囯姵氐男枨蟪尸F(xiàn)大幅度增長。據(jù)預(yù)測，到2030 年, 全球退役鋰離子電池將達(dá)到1100 萬噸以上，中國的退役鋰電池?cái)?shù)量也將達(dá)到每年萬噸甚至十萬噸量級。

本文來源：微信公眾號 高科技與產(chǎn)業(yè)化 ID：hitechcas 作者：向鵬

“鋰電池的正極材料中含有鋰、鈷等貴金屬， 這些稀缺資源必須倍加珍惜，循環(huán)利用”，中國科學(xué)院院士費(fèi)維揚(yáng)曾對《高科技與產(chǎn)業(yè)化》記者指出，“而且，只生產(chǎn)不回收，既不符合可持續(xù)發(fā)展的規(guī)律，還會(huì)進(jìn)一步對自然環(huán)境產(chǎn)生威脅。我們應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)先進(jìn)動(dòng)力電池的回收技術(shù)研發(fā)，讓退役鋰電池‘好來好去’”。

與此同時(shí)，隨著我國動(dòng)力電池回收門檻的逐漸提高，產(chǎn)業(yè)鏈融合將是未來發(fā)展趨勢。但目前該行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈仍然缺乏具體有效、可囊括所有環(huán)節(jié)的一攬子解決方案，產(chǎn)業(yè)鏈壁壘林立，難以實(shí)現(xiàn)資源高值化。中國電池聯(lián)盟高級顧問、綜合部主任楊清雨也對記者表示為，“整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈包括所有電池應(yīng)用端、回收渠道、網(wǎng)絡(luò)、梯次利用、預(yù)處理、材料再利用等多個(gè)環(huán)節(jié)，在這個(gè)過程中不可避免地會(huì)出現(xiàn)技術(shù)壁壘、數(shù)據(jù)壁壘以及物流壁壘，亟待加強(qiáng)上下游合作。”

深圳清華大學(xué)研究院新能源與環(huán)保技術(shù)研究所所長、教授陳建軍在“第二屆中國高科技產(chǎn)業(yè)化高峰會(huì)議”上，就上述廢舊鋰電池的綠色回收與資源高值化問題接受本刊采訪，并介紹了技術(shù)團(tuán)隊(duì)最新突破性進(jìn)展。

一面是潛伏危險(xiǎn)“火山” 一面是城市礦山

目前市面上的動(dòng)力鋰電池主要分為三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池。磷酸鐵鋰固有特性是一致性差，存在著低電壓、低容量、低壓實(shí)等“三低缺陷”，且容易自放電， 已逐漸被三元鋰電池所部分取代；動(dòng)力三元鋰電池是目前主流的電動(dòng)車電池，其能量密度高，但同時(shí)危險(xiǎn)性也高。“三元也好鐵鋰也好，都有危險(xiǎn)，全國各地也發(fā)生過多起因燃燒或撞擊而爆炸的事件。廢舊電池回收破碎處理過程中，廢舊電電池一樣會(huì)起火燃燒爆炸。” 陳建軍說，“廢舊動(dòng)力電池是城市快速發(fā)展的產(chǎn)物，如果能做到安全破碎，回收過程做到綠色規(guī)范處理，就不會(huì)給環(huán)境造成新的壓力，而且有價(jià)組分的品位和價(jià)值會(huì)非常高，因此我們把它叫做‘城市礦山’，所以非常有必要做好綠色回收與資源高值化利用。”

鋰電回收市場空間巨大。據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)預(yù)測，預(yù)計(jì)到2023 年，動(dòng)力電池回收退役規(guī)模將達(dá)到48GWh，年復(fù)合增長率為57%。陳建軍認(rèn)為：“只要處理得當(dāng)，沒有垃圾與廢物排放，可完全實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)。”

數(shù)據(jù)顯示，2016 年前新能源汽車電池主要以磷酸鐵鋰電池為主，從2014 年開始動(dòng)力三元鋰電池逐漸占主流，回收占比也開始增加。目前，國內(nèi)動(dòng)力磷酸鐵鋰電池回收企業(yè)正重點(diǎn)關(guān)注濕法冶煉技術(shù)，注重提高能源鋰金屬的回收率，廢舊磷酸鐵鋰電池回收碳酸鋰可通過酸溶氧化正極材料，再通過碳酸鹽沉淀的方式制備，可將原有不足60% 的鋰回收率提高到92% 以上，其它成分主要采用堆放方式棄之尾庫存放， 迄今為止，國內(nèi)外現(xiàn)在尚無企業(yè)實(shí)現(xiàn)真正的全組分回收利用。三元鋰電池回收主要采用強(qiáng)酸浸取其能源金屬鎳、鈷有價(jià)金屬，再通過萃取方式回收制備硫酸鎳鈷鹽或鎳、鈷氫氧化物，采用碳酸鹽沉淀鋰，鋰金屬回收率80% 左右。

有業(yè)內(nèi)人士指出，動(dòng)力三元鋰電池回收產(chǎn)業(yè)鏈向下延伸將獲得更多收益。數(shù)據(jù)顯示，通過回收材料內(nèi)部成本結(jié)構(gòu)法分析發(fā)現(xiàn)，前驅(qū)體和正極材料生產(chǎn)中原材料成本占比達(dá)80% 以上。如果產(chǎn)業(yè)縱向延伸將帶動(dòng)毛利率提升，三元電池回收向產(chǎn)業(yè)鏈下游延伸則可將毛利率從10%~20% 提高到30%~40%，使企業(yè)獲得更多收益。

綠色回收工藝解決傳統(tǒng)回收工藝痛點(diǎn)

目前市場上常見的廢舊鋰電池回收方案主要有三種：一是火法冶金，“不管什么電池、什么型號，都可以丟進(jìn)爐子里熔融焙燒。金屬外殼鋼、銅、鋁全部融在一塊，有機(jī)電解液和石墨都會(huì)燃燒。火法冶煉的優(yōu)點(diǎn)是什么電池都可以，兼容性強(qiáng)；缺點(diǎn)是能耗較高、尾氣污染大、金屬分離難度大。”二是直接回收，“這個(gè)處理過程相對簡單，污染少，但對風(fēng)險(xiǎn)程度要求非常高，產(chǎn)品的均一性較低，品質(zhì)很難把控制。”三是濕法冶金，“把鎳、鈷、錳全部用酸溶解，最后把鎳、鈷等成分萃取出來，做成硫酸鎳鈷等，又能回收成為電池材料或化工原料。濕法冶金需要有較大場地，且產(chǎn)生的廢水量相當(dāng)大，環(huán)保壓力很大，治理成本費(fèi)用高。”陳建軍介紹道。

為解決傳統(tǒng)電池回收工藝痛點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)鋰電池安全化、無害化處理，深圳清華大學(xué)研究院新能源與環(huán)保技術(shù)所研發(fā)團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一項(xiàng)綠色回收工藝。與傳統(tǒng)回收工藝相比，其一方面流程短、成本低，“主要是創(chuàng)新了除雜工藝，提高了除雜效率，優(yōu)選堿浸、酸浸工藝大幅降低了酸堿用量”，另一方面“三廢”少、更環(huán)保，“廢氣少、易處理；廢固少，石墨負(fù)極廢料、鋁、銅、鋼殼等殘?jiān)紝?shí)現(xiàn)綠色回收；幾乎不排放廢水。”陳建軍解釋道，“我們對失效電池先進(jìn)行安全放電，再實(shí)施物理安全破碎。破碎后經(jīng)過磁選、重選等多項(xiàng)分離工藝，譬如破碎后可從中分離出鋼殼、銅箔、鋁箔、隔膜以及黑粉（正負(fù)極混在一起的黑色粉末）， 這個(gè)技術(shù)已經(jīng)很成熟，分離得很干凈。”據(jù)介紹，這項(xiàng)綠色回收工藝回收的動(dòng)力磷酸鐵鋰電池，可實(shí)現(xiàn)毛利率100% 以上，三元鋰電池回收可實(shí)現(xiàn)毛利率78% 以上，實(shí)現(xiàn)了“變廢為寶，廢物變?yōu)榱私鹕姐y山”。“比如其中的鋰100% 回收直接變?yōu)榱烁咂焚|(zhì)納米磷酸鐵鋰正極材料，水幾乎可以100% 回用。無廢酸排放， 這是這項(xiàng)工藝最大的特點(diǎn)，經(jīng)國內(nèi)外科技情報(bào)文獻(xiàn)檢索，屬于國內(nèi)外首創(chuàng)。”陳建軍進(jìn)一步補(bǔ)充道。

據(jù)了解，該團(tuán)隊(duì)目前近30 人，一直從事新能源、新材料、綠色環(huán)保等技術(shù)研發(fā)，在電池綠色合成、綠色回收、循環(huán)利用、資源高值化等方面積累了一系列相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品，與企業(yè)展開了多個(gè)合作項(xiàng)目，共同開發(fā)綠色新產(chǎn)品、綠色新工藝。目前，技術(shù)團(tuán)隊(duì)組已完成了22 項(xiàng)綠色回收工藝等相關(guān)國家、行業(yè)以及團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的制訂與編寫，申請了20 多項(xiàng)國家發(fā)明專利。

上下游共同持股 打造閉環(huán)盈利模式

我國動(dòng)力電池回收產(chǎn)業(yè)鏈包括所有的電池應(yīng)用端、回收渠道、網(wǎng)絡(luò)、梯次利用、預(yù)處理、材料再利用等多個(gè)環(huán)節(jié)，技術(shù)、數(shù)據(jù)、物流等壁壘重重，整個(gè)電池回收行業(yè)亟需加強(qiáng)上下游合作；與此同時(shí)，磷酸鐵鋰電池回收成本受材料價(jià)格波動(dòng)影響較大，其回收成本中原材料成本約占26%。業(yè)界普遍認(rèn)為，廢舊磷酸鐵鋰電池的回收成本高于其回收收益，三元材料則有較大盈利空間，提高鋰金屬回收率將能提高回收收入。

據(jù)中國電池聯(lián)盟發(fā)布的《動(dòng)力電池回收行業(yè)報(bào)告》統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，從成本結(jié)構(gòu)上分析，原材料成本占全部生產(chǎn)成本的80.52%，是成本的主要影響因素；改善回收技術(shù)及工藝提高鋰金屬回收率可提高毛利率， 未來若三元電池的鋰金屬回收率提高至90%，回收毛利率將提高至24%。該報(bào)告還對鋰電池的梯次利用和回收進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性測算。儲(chǔ)能梯次利用盈利則受循環(huán)次數(shù)及峰谷差價(jià)等因素影響，從梯次利用電池循環(huán)壽命因素來看，當(dāng)循環(huán)壽命大于2000 次時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠回收成本；從峰谷差價(jià)因素來看，當(dāng)差價(jià)在0.7 元/kWh 以上時(shí)，顯著縮短回報(bào)周期。

“對于磷酸鐵鋰電池，我們的辦法是不單獨(dú)提取， 單獨(dú)提取出來肯定不賺錢。我們直接把其中的鋰做成產(chǎn)品，讓鋰沒有損耗，形成綜合回收；對于三元鋰電池，我們用簡單的兩三步變出正極材料、三元材料、氫氧化鋁，工藝非常短，基本沒有排放”，陳建軍介紹， “目前正極材料的報(bào)廢量大概是20.3 千瓦時(shí)，市場空間今年是66 個(gè)億，明年大概會(huì)到200 多億，到2024 年2025 年大概有800 多億至1000 個(gè)億的市場，市場空間非常大。”據(jù)了解，前期該綠色回收工藝已分離出多種產(chǎn)品，市場廣闊；再生三元前驅(qū)體和磷酸鐵鋰附加值高，實(shí)現(xiàn)了資源高值化。

“鋰電池回收上下游密不可分。電池來源于電池生產(chǎn)企業(yè)，電池生產(chǎn)企業(yè)的材料來源于材料生產(chǎn)企業(yè)。我們在回收這個(gè)環(huán)節(jié)，處理得好的產(chǎn)品可以回到電池生產(chǎn)企業(yè)去，也就是回到材料生產(chǎn)企業(yè)，如此可實(shí)現(xiàn)形成一個(gè)閉環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。”陳建軍進(jìn)一步介紹道，“同時(shí)， 我們正在著力打造一個(gè)上下游共同持股經(jīng)營模式。目前上游公司，具有國家工信部和商務(wù)部頒發(fā)整車拆解資質(zhì)，也是國家發(fā)改委認(rèn)定的電池回收循環(huán)經(jīng)濟(jì)利用唯一示范基地；下游企業(yè)則是目前全球石墨負(fù)極最大供應(yīng)商和中國排名前二的磷酸鐵鋰電池正極材料供應(yīng)商。我們的目的是打造一個(gè)上下游共同持股的閉環(huán)盈利模式。”

據(jù)了解，該技術(shù)團(tuán)隊(duì)組獲得了2019 年深圳寶安創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽新能源節(jié)能環(huán)保行業(yè)一等獎(jiǎng)，2019 年中國深圳創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽新能源節(jié)能環(huán)保行業(yè)一等獎(jiǎng)，預(yù)期5 年內(nèi)，完成投資5 億元，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值30 億元以上。該技術(shù)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)獲得授權(quán)批準(zhǔn)，建立了廣東省鋰電池電極活性材料工程研究中心、廣東省能源轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存工程研究中心等創(chuàng)新平臺(tái)，獲得了具有對外檢測第三方認(rèn)可，國際互認(rèn)的國家實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可的CNAS 實(shí)驗(yàn)室。正如陳建軍所言，廢舊鋰電池綠色回收與資源高值化問題既有風(fēng)險(xiǎn)，也是機(jī)遇，“肩負(fù)歷史使命與社會(huì)責(zé)任， 把潛伏的火山廢山變?yōu)槌鞘械V山金山”。