摘要：分析新能源汽車電池回收的現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)，對新能源汽車電池回收與再利用技術(shù)中的分拆預(yù)處理、浸出提取和材料回收等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行評(píng)估與經(jīng)濟(jì)性分析。通過探討退役電池的性能評(píng)估方法、二次利用應(yīng)用場景及某工業(yè)園區(qū)新能源汽車電池回收與再利用實(shí)例，為新能源汽車電池回收與再利用的實(shí)際應(yīng)用提供參考。研究表明，建立完善的新能源汽車電池回收體系、提高新能源汽車電池回收技術(shù)水平、拓展梯級(jí)利用渠道是實(shí)現(xiàn)新能源汽車電池全生命周期管理的重要途徑，對推動(dòng)新能源汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞：新能源汽車電池；回收利用；梯級(jí)利用；工業(yè)園區(qū)

近年來，我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，新能源汽車產(chǎn)量快速增加，產(chǎn)生了大量的新能源汽車退役電池，如不能對其進(jìn)行合理的回收與再利用，將會(huì)對環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響。而工業(yè)園區(qū)作為新能源汽車產(chǎn)業(yè)集聚的重要載體，在新能源汽車電池回收與再利用方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。本文先以某動(dòng)力電池公司為研究對象，分析新能源汽車電池回收的現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)，并對新能源汽車電池回收技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估；再以該動(dòng)力電池公司所在某工業(yè)園區(qū)新能源汽車電池回收與再利用為例，探討退役電池二次利用的可行方案，對新能源汽車電池回收技術(shù)與再利用途徑進(jìn)行深入研究，為構(gòu)建完善的新能源汽車電池回收與再利用體系提供理論支撐和技術(shù)指導(dǎo)。

1 新能源汽車電池回收現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)

1.1 新能源汽車電池回收現(xiàn)狀

1.1.1 新能源汽車電池基本特性

新能源汽車電池主要以鋰離子電池為主，典型的鋰離子電池由磷酸鐵鋰、三元材料等正極材料、負(fù)極材料（石墨）、電解液和隔膜組成，具有能量密度高、循環(huán)壽命長、自放電率低等優(yōu)點(diǎn)。某動(dòng)力電池公司采用先進(jìn)的投料/ 攪拌、涂布及烘干、冷壓預(yù)分切、模切、卷繞、超聲波焊接等工藝流程生產(chǎn)鋰離子動(dòng)力電池電芯和CTP 電池包，年產(chǎn)能達(dá)12 GWh。

如表1 所示，新能源汽車電池主要有磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池、錳酸鋰電池、鈦酸鋰電池4 類，其中磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池是當(dāng)前主流的新能源汽車電池，能量密度達(dá)150～220 Wh/kg，循環(huán)壽命達(dá)2000～3000 次。然而，隨著使用時(shí)間的增加，所有新能源汽車電池都會(huì)老化、容量衰減，當(dāng)電池容量降至額定容量的80% 以下時(shí)，通常被認(rèn)為達(dá)到了使用壽命終點(diǎn)，可考慮對其進(jìn)行回收或梯級(jí)利用。

1.1.2 新能源汽車電池回收的必要性

新能源汽車電池回收對資源循環(huán)利用和環(huán)境保護(hù)至關(guān)重要。以三元鋰電池為例，1 t 退役電池中含鎳150～200 kg、含鈷50～60 kg、含鋰20～30 kg，因此回收退役三元鋰電池中的金屬成分可顯著減少原生礦產(chǎn)開采。

1.1.3 新能源汽車電池回收的現(xiàn)有技術(shù)

目前，新能源汽車電池回收技術(shù)主要包括火法冶金和濕法冶金。其中，火法冶金通過高溫熔煉回收金屬，但其能耗高、污染大；濕法冶金則通過酸浸出和溶劑萃取等方法回收金屬，具有選擇性強(qiáng)、回收率高的優(yōu)點(diǎn)[1]。此外，在某工業(yè)園區(qū)內(nèi)，雖然尚未有專門的電池回收企業(yè)，但某動(dòng)力電池公司可以結(jié)合自身的優(yōu)勢，建立自產(chǎn)新能源企業(yè)電池回收體系。

1.2 新能源汽車電池回收面臨的挑戰(zhàn)

新能源汽車電池回收主要面臨6 項(xiàng)挑戰(zhàn)。一是回收體系不完善，缺乏統(tǒng)一的回收渠道和標(biāo)準(zhǔn)；二是電池種類多樣，成分復(fù)雜，回收難度較大；三是回收成本高，經(jīng)濟(jì)效益不顯著，企業(yè)參與積極性較低；四是現(xiàn)有回收工藝能耗高、效率低，且可能產(chǎn)生二次污染；五是退役電池的殘余價(jià)值評(píng)估困難，影響梯級(jí)利用的推廣；六是政府雖出臺(tái)了新能源汽車電池回收的相關(guān)政策，但執(zhí)行力度不夠，監(jiān)管體系有待完善。

2 工業(yè)園區(qū)新能源汽車電池回收技術(shù)評(píng)估

2.1 分拆與預(yù)處理技術(shù)

2.1.1 自動(dòng)化拆解技術(shù)

自動(dòng)化拆解技術(shù)是提高電池回收效率的關(guān)鍵，不僅可提高拆解效率，還可降低人工操作的安全風(fēng)險(xiǎn)。該技術(shù)利用機(jī)器視覺、機(jī)械臂和智能控制系統(tǒng)，可識(shí)別不同型號(hào)的電池包，精確定位螺栓、連接器等關(guān)鍵部件，并采用專用拆解工具，實(shí)現(xiàn)對電池包的快速、精準(zhǔn)拆解。某動(dòng)力電池公司生產(chǎn)線采用高度自動(dòng)化的裝配工藝，可反向應(yīng)用于電池拆解，使新能源汽車電池拆解自動(dòng)化率達(dá)80% 以上，電池包處理速度為10～15 個(gè)/h。但拆解過程需考慮電池的殘余電量，避免短路和起火風(fēng)險(xiǎn)。針對集成度高的電池，如某動(dòng)力電池公司生產(chǎn)的CTP電池包，拆解時(shí)還需特別注意模組間的連接結(jié)構(gòu)[2]。

2.1.2 現(xiàn)代分選系統(tǒng)

現(xiàn)代分選系統(tǒng)可對拆解后的新能源汽車電池部件經(jīng)輸送帶進(jìn)行自動(dòng)分選，利用金屬探測器、X 射線熒光光譜儀等設(shè)備識(shí)別不同材料，如塑料外殼、金屬殼體等可直接進(jìn)入相應(yīng)回收流程，而電芯則需進(jìn)一步進(jìn)行浸出和提取處理?，F(xiàn)代分選系統(tǒng)可使分選準(zhǔn)確率達(dá)95% 以上，并可提高后續(xù)回收的效率和純度，大大提升了新能源汽車電池回收的經(jīng)濟(jì)性。

2.2 浸出與提取技術(shù)

2.2.1 濕法冶金工藝

濕法冶金工藝是目前主流的新能源汽車電池回收技術(shù)，工藝流程是先將電池材料浸入酸性溶液中，然后通過化學(xué)反應(yīng)將金屬離子溶出，對電池里的金屬回收率達(dá)95% 以上。目前，采用濕法冶金工藝對退役三元鋰電池里的重金屬進(jìn)行回收，常以硫酸或鹽酸作為浸出劑，并在60～80 ℃下進(jìn)行2～4 h 的浸出反應(yīng)，將鋰、鈷、鎳等金屬離子分離至浸出液中，之后再通過調(diào)節(jié)pH、添加沉淀劑等方法依次分離回收這些金屬。

2.2.2 生物浸出技術(shù)

生物浸出技術(shù)是一種新興的環(huán)境友好型新能源汽車電池回收技術(shù)，利用微生物的代謝活動(dòng)來溶解和提取金屬，金屬回收率達(dá)80%～90%。該技術(shù)常用的嗜酸硫桿菌和嗜酸鐵氧化菌浸出劑，可氧化硫和鐵，產(chǎn)生硫酸和鐵離子并溶解電池中的金屬。生物浸出通常在30～40 ℃下進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間為7～14 d，雖然處理時(shí)間較長，但能耗僅為傳統(tǒng)濕法冶金的1/3左右。因此，生物浸出技術(shù)具有能耗低、污染小的優(yōu)點(diǎn)，與環(huán)境保護(hù)理念相符，有望在新能源汽車電池回收與再利用中得到廣泛應(yīng)用。

2.3 材料回收與再利用技術(shù)

材料回收與再利用技術(shù)是實(shí)現(xiàn)新能源汽車電池閉環(huán)管理的關(guān)鍵。新能源汽車電池中的鎳、鈷、鋰等關(guān)鍵材料通過濕法冶金或生物浸出提取后，需進(jìn)一步進(jìn)行純化和加工。如，通過水熱合成法重新制備成包括三元前驅(qū)體在內(nèi)的正極材料；電解液中的有機(jī)溶劑通過精餾回收，鋰鹽則通過結(jié)晶提純。另外，石墨負(fù)極材料可經(jīng)高溫處理和表面改性后進(jìn)行重復(fù)使用[3]。這些再生材料的性能可達(dá)到原生材料性能的95% 以上，大大降低新能源汽車電池生產(chǎn)企業(yè)的資源消耗和生產(chǎn)成本。某動(dòng)力電池公司使用的電極材料制備和電池組裝等生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)設(shè)備，可為新能源汽車電池材料回收和再利用提供基礎(chǔ)，有助于建立完整的新能源汽車電池回收與再利用產(chǎn)業(yè)鏈。

2.4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

新能源汽車電池回收涉及收集運(yùn)輸、拆解分選、材料提取和再生等多個(gè)環(huán)節(jié)，目前的回收總成本為1 萬～1.5 萬元/t，未來有望降至0.8萬～1 萬元/t，其經(jīng)濟(jì)效益主要來自再生材料銷售。還以退役三元鋰電池為例，1 t 廢舊三元鋰電池里可回收150～200 kg 鎳、50～60 kg鈷、20～30 kg 鋰，金屬總價(jià)值5 萬～7 萬元，因此回收凈利潤達(dá)3 萬～5 萬元。

受新能源汽車電池種類影響，在處理成本、金屬回收率、能耗、環(huán)境影響和技術(shù)成熟度等方面，不同類型的電池具有不同的特點(diǎn)，影響著回收技術(shù)的整體經(jīng)濟(jì)效益。為更全面地比較新能源汽車電池回收技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性，對火法冶金、濕法冶金、生物浸出、機(jī)械法4 種主要的回收技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)性分析，結(jié)果如表2 所示。

2.5 小結(jié)

長期來看，隨著新能源汽車電池回收技術(shù)的進(jìn)步和規(guī)模擴(kuò)大，新能源汽車電池回收與再利用的經(jīng)濟(jì)效益將進(jìn)一步提升。因此，某工業(yè)園區(qū)可通過產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同對回收的新能源汽車電池進(jìn)行高效循環(huán)利用，使新能源汽車電池回收與再利用的經(jīng)濟(jì)效益更大化。

3 工業(yè)園區(qū)新能源汽車電池二次利用方案

3.1 退役電池的性能與狀態(tài)評(píng)估

退役電池的性能與狀態(tài)評(píng)估是新能源汽車電池二次利用的基礎(chǔ)，評(píng)估方法主要包括非破壞性測試和模型預(yù)測2 類。非破壞性測試涵蓋內(nèi)阻測量、容量測試和脈沖放電測試等，其中內(nèi)阻測量可通過交流阻抗譜或直流內(nèi)阻法進(jìn)行測量，反映電池的功率性能；容量測試通過恒流放電確定剩余容量，評(píng)估電池的能量密度[4]；脈沖放電測試通過模擬實(shí)際工況，評(píng)估電池的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。模型預(yù)測可通過歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)前參數(shù)預(yù)測電池的剩余壽命，包括等效電路模型和電化學(xué)模型2 種預(yù)測方法。

在實(shí)際操作中，可采用多級(jí)篩選策略對退役新能源汽車電池進(jìn)行篩選，既能提高篩選效率，又能降低成本。首先，對退役電池進(jìn)行外觀檢查和絕緣測試，剔除明顯損壞的電池；其次，對可使用的退役電池進(jìn)行快速容量測試，容量低于80% 的電池直接進(jìn)入回收流程；最后，對通過初篩的退役電池進(jìn)行詳細(xì)的性能測試和建模分析，評(píng)估其適用的二次利用場景。

3.2 退役新能源汽車電池二次利用的應(yīng)用場景

由于退役新能源汽車電池大都具有20% 左右的容量，可被二次利用在儲(chǔ)能系統(tǒng)、備用電源和低速電動(dòng)車等用能量小的場景中，因此退役新能源汽車電池二次利用的應(yīng)用場景較多。

3.2.1 儲(chǔ)能系統(tǒng)

退役新能源汽車電池可用于電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻、可再生能源并網(wǎng)和分布式儲(chǔ)能。如，將退役電池組裝成兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站，配合光伏或風(fēng)電系統(tǒng)使用，有效平抑功率波動(dòng)，提高可再生能源的利用率；在工業(yè)園區(qū)內(nèi)，建設(shè)基于退役電池的微電網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)園區(qū)能源的智能管理和高效利用。

3.2.2 備用電源

退役新能源汽車電池可應(yīng)用于通信基站、數(shù)據(jù)中心和應(yīng)急供電系統(tǒng)[5]。這些場景，對電池的功率要求較高，但對電池能量密度要求較低，契合退役電池的特性。

3.2.3 低速電動(dòng)車

退役新能源汽車電池可用于對電池性能要求較低的電動(dòng)自行車、電動(dòng)三輪車等低速電動(dòng)車之中，充分發(fā)揮退役電池的剩余價(jià)值。

4 某工業(yè)園區(qū)新能源汽車電池回收與再利用實(shí)例分析

某工業(yè)園區(qū)內(nèi)利用退役新能源汽車電池生產(chǎn)電動(dòng)二/ 三輪車用電池、低速四輪車用電池、電動(dòng)叉車用電池包及儲(chǔ)能電池包等多元化產(chǎn)品的梯次電池生產(chǎn)線項(xiàng)目，其技術(shù)路線涵蓋了電池包拆解、小模組拆解、電芯分選測試、電芯pack、檢測、焊接和BMS 裝配等工序。項(xiàng)目實(shí)施后，環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益顯著。

環(huán)境效益方面，某工業(yè)園區(qū)梯次電池生產(chǎn)線項(xiàng)目配置焊煙凈化器、活性炭設(shè)備處理廢氣，依托原有設(shè)施處理廢水，并設(shè)置專門危廢暫存間；經(jīng)濟(jì)效益方面，1 t 退役三元鋰電池可回收150～200 kg 鎳、50～60 kg 鈷、20～30 kg 鋰，金屬價(jià)值5 萬～7 萬元，考慮1 萬～1.5 萬元/t的回收成本，凈利潤可達(dá)3 萬～5 萬元/t。某工業(yè)園區(qū)梯次電池生產(chǎn)線項(xiàng)目處理退役三元鋰電池10200 t/a，利潤達(dá)3 億～5 億元/a。

結(jié)合實(shí)際應(yīng)用成效，某工業(yè)園區(qū)梯次電池生產(chǎn)線項(xiàng)目不僅為其所在的園區(qū)內(nèi)新能源汽車電池生產(chǎn)企業(yè)提供了退役電池處理渠道，還為下游企業(yè)供應(yīng)再生原材料，形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈循環(huán)。通過先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用、嚴(yán)格環(huán)保措施、多元化產(chǎn)品策略和產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同，梯次電池生產(chǎn)線項(xiàng)目成功實(shí)現(xiàn)了新能源汽車電池的高效回收與再利用，并為新能源汽車電池回收與再利用樹立了典范。

5 結(jié)束語

綜上所述，先以某動(dòng)力電池公司為研究對象，分析新能源汽車電池回收技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)和面臨的挑戰(zhàn)；再結(jié)合某工業(yè)園區(qū)新能源汽車電池回收與再利用實(shí)例，為退役電池二次利用提供了可行性方案。綜合來看，提高新能源汽車電池回收技術(shù)水平和拓展退役電池梯級(jí)利用是實(shí)現(xiàn)新能源汽車電池全生命周期管理的關(guān)鍵。未來，政府應(yīng)出臺(tái)政策鼓勵(lì)企業(yè)參與，推動(dòng)形成規(guī)模化、規(guī)范化的產(chǎn)業(yè)鏈，同時(shí)加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作，突破技術(shù)瓶頸，完善標(biāo)準(zhǔn)體系，建立回收網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)新能源汽車電池高效回收與再利用，促進(jìn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

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作者簡介

劉永勝（1991—），男，漢族，安徽亳州人，工程師，碩士，研究方向?yàn)橐?guī)劃環(huán)評(píng)、環(huán)境管理咨詢等。

加工編輯：馮為為、唐藝桐

收稿日期：2024-08-16