陳益慶,查文珂,張 希,USAPORN Swekwi

(1.廣安職業(yè)技術(shù)學(xué)院智能制造與汽車工程學(xué)院,四川 廣安 638000;2.蘭實大學(xué)工程學(xué)院,泰國 巴吞他尼 12000;3.安徽科技學(xué)院機械工程學(xué)院,安徽 滁州 233100)

隨著新能源汽車產(chǎn)銷量的增加,動力電池的安全、環(huán)保、高效使用成為討論的熱點,廢舊動力電池的拆解和回收利用是研究熱點之一。陳佳[1]以安全性和經(jīng)濟效益綜合最大化為目標,提出基于機器學(xué)習(xí)的廢舊動力電池安全拆解工藝路線優(yōu)化方法;楊夢華等[2]利用VOSviewer 軟件可視化分析了483 篇相關(guān)文獻,梳理目前廢舊電池回收的關(guān)鍵研究集中于回收方式、回收技術(shù)、回收模式等方面,為回收工作安全高效進行提供參考。針對動力電池環(huán)保和回收效率的問題,E.C.Wang 等[3]從政府政策角度分析了政府補貼對動力電池回收企業(yè)、消費者的影響,并建議政府補貼對象范圍應(yīng)從目前的回收處理企業(yè)逐步擴大到消費者;Z.F.Zhang 等[4]比較分析了不同政府獎懲機制(RPM)在動力電池回收利用領(lǐng)域的影響,提出政府應(yīng)同時對整車企業(yè)和動力電池制造商實施RPM,以使閉環(huán)供應(yīng)鏈中的所有成員都可以從RPM 中受益,提高動力電池回收效率。

探討汽車動力電池的回收利用問題,研究相關(guān)政策,對促進汽車產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。本文作者分析發(fā)展動力電池回收產(chǎn)業(yè)對我國環(huán)境、資源、經(jīng)濟等方面的積極作用,針對新能源汽車動力電池回收利用存在的主要問題,提出針對性的對策建議,供有關(guān)部門和企業(yè)參考。

1 動力電池回收利用的積極作用

1.1 綠色發(fā)展,應(yīng)對環(huán)境污染問題

廢舊動力電池可能會對環(huán)境造成負面影響,例如,正極材料中的重金屬在拆解過程中會與水、酸等反應(yīng),生成有害金屬氧化物,負極材料會引起粉塵污染,隔膜會導(dǎo)致氟污染,電解質(zhì)遇水會分解產(chǎn)生HF 等有害物質(zhì),電解液溶質(zhì)和黏結(jié)劑燃燒會產(chǎn)生CO2、醛等有機污染物等[5]。需要完善廢舊動力電池的回收處理流程,避免造成更嚴重的環(huán)境污染問題。

1.2 變廢為寶,緩解資源短缺壓力

再生資源、廢舊物資循環(huán)利用對我國構(gòu)建節(jié)約型社會意義重大。新能源汽車動力電池以磷酸鐵鋰和三元正極材料鋰離子電池為主,其中包含大量金屬,如鋰、鈷、鎳、錳等。根據(jù)有關(guān)部門發(fā)布的《全球鋰、鈷、鎳、錫、鉀鹽礦產(chǎn)資源儲量評估報告(2021)》顯示,截至2020年,全球鋰礦、鈷礦、鎳礦資源量分別為3.49 億噸、2 344 萬噸、2.6 億噸,開采儲量分別為1.28 億噸、668 萬噸、9 063 萬噸,其中,澳大利亞、印度尼西亞等國資源較為豐富。從消費端看,2020年全球鋰、鈷、鎳的消費量分別為40 萬噸、17 萬噸、240 萬噸[6]。若能從每年數(shù)十萬噸的退役動力電池中提煉出這些金屬并循環(huán)利用,可緩解我國金屬資源供應(yīng)壓力。

1.3 產(chǎn)業(yè)升級,助力社會經(jīng)濟發(fā)展

動力電池作為汽車的動力源,成本占整車的40%～60%,產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展,對整個汽車市場都會有顯著影響。2017-2022年,我國新能源汽車產(chǎn)銷量持續(xù)保持增長態(tài)勢,截至2023年6月,全國新能源汽車保有量已超過1 500 萬輛[7]。同樣,動力電池產(chǎn)銷量整體保持強勁增長,2023年1-3月,中國動力電池累計銷量達108.5 GW·h,同比增長66.8%。國內(nèi)重點企業(yè)營收情況均實現(xiàn)了高增長,如比亞迪2022年年度營業(yè)收入突破4 200 億元,凈利潤達160 多億,比2021年同期增長425.42%;寧德時代2022年凈利潤達191 億元,比2021年同期增長82.66%;天齊鋰業(yè)更為突出,實現(xiàn)歸屬于上市公司股東的凈利潤達231 億元,比2021年同期增長1 011.19%[8]。據(jù)預(yù)測,到2027年我國動力電池回收市場規(guī)模將達1 300 億元,5 a 復(fù)合年增長率達29%[9]。升級動力電池產(chǎn)業(yè)鏈,能夠有效助力社會經(jīng)濟的快速發(fā)展。

2 動力電池回收利用現(xiàn)狀

2.1 政策分析

近年來,國家高度重視動力電池回收利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展,圍繞退役動力電池回收責(zé)任、回收網(wǎng)點建設(shè)、資源平臺搭建以及行業(yè)規(guī)范等方面出臺了系列政策制度。2018年2月,工信部等聯(lián)合印發(fā)《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》[10],實行生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度。2019年11月,工信部印發(fā)《新能源汽車動力蓄電池回收服務(wù)網(wǎng)點建設(shè)與運營指南》[11],要求新能源汽車生產(chǎn)及梯次利用相關(guān)企業(yè)建立回收服務(wù)網(wǎng)點,相關(guān)企業(yè)可共享回收服務(wù)網(wǎng)點。2020年3月,工信部印發(fā)《新能源汽車動力蓄電池梯次利用管理辦法》[12],鼓勵梯次利用企業(yè)與新能源汽車生產(chǎn)、動力蓄電池生產(chǎn)、報廢機動車回收拆解等企業(yè)合作,加強信息共享,高效利用現(xiàn)有回收渠道。2022年2月,工信部等聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加快推動工業(yè)資源綜合利用的實施方案》[13],要求完善廢舊動力電池回收體系,健全管理體系。2022年12月,工信部公布《新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業(yè)規(guī)范條件》企業(yè)名單(第四批)[14],公示了第四批動力電池綜合利用企業(yè)名單,共包含17 省市41 家企業(yè),旨在通過優(yōu)秀企業(yè)示范引領(lǐng)作用激發(fā)市場活力。雖然相關(guān)政策與標準陸續(xù)頒布,但從電池回收利用市場的反饋來看,仍然存在以下幾個方面的問題[15]:①政策標準更新滯后,缺乏具體實施細則,部分政策難以實施或?qū)嵤┬Ч患?②環(huán)境治理成本高,傳統(tǒng)企業(yè)掙扎在“高投入、低產(chǎn)出、低盈利”的困境中,對回收利用關(guān)鍵技術(shù)及工藝研發(fā)的投入力度不夠;③宣傳力度不夠,民眾對廢舊動力電池的危害認識不足,環(huán)保意識不強。

2.2 模式分析

目前,在生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度下,電池生產(chǎn)企業(yè)、行業(yè)聯(lián)盟及第三方回收利用企業(yè)是汽車廢舊動力電池回收利用的主體,回收模式正是圍繞這些主體展開構(gòu)建的[16]。這種回收利用模式存在明顯的局限性。動力電池生產(chǎn)企業(yè)回收技術(shù)難度小,但回收能力有限,回收渠道少,資金壓力大;行業(yè)聯(lián)盟影響力大,但對聯(lián)盟成員企業(yè)間的協(xié)作水平要求較高,目前尚未建立相應(yīng)的體系;第三方回收企業(yè)回收網(wǎng)絡(luò)較暢通,但技術(shù)參差不齊,再造質(zhì)量難以保證[17]。傳統(tǒng)模式已無法適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求,急需升級與完善。動力電池回收模式及其缺點分析見表1。

2.3 技術(shù)分析

目前,廢舊動力電池回收利用處理技術(shù)可分為兩類:浸出回收技術(shù)和煅燒浸出相結(jié)合的回收技術(shù)。常用的回收方法有濕法冶金法和火法冶金法。濕法冶金法是在溶液體系中完成金屬元素的浸出、富集與提取,工藝流程復(fù)雜冗長,回收的電解液及浸出殘液易造成二次污染,回收成本高;火法冶金法通過冶煉、煅燒等過程回收鎳、鋅等重金屬,回收效率較高,但空氣參與作業(yè)易造成二次污染,工藝技術(shù)要求高,前期投入大,能耗高。在追求環(huán)保、節(jié)能、高效的產(chǎn)業(yè)發(fā)展形勢下,傳統(tǒng)單一的動力電池回收利用方法或技術(shù)工藝已無法滿足企業(yè)發(fā)展需要。為實現(xiàn)動力電池高效回收,急需結(jié)合電池的材料、特性和結(jié)構(gòu),對回收系統(tǒng)和技術(shù)進行升級[18]。

3 動力電池回收利用對策建議

3.1 健全法律法規(guī)

政策標準先行,為行業(yè)發(fā)展保駕護航。首先,需要健全相關(guān)法律法規(guī),強化政策執(zhí)行力度,為動力電池回收企業(yè)提供法律支持。在開展相關(guān)政策制訂工作時,應(yīng)緊密結(jié)合動力電池綜合利用的研發(fā)方向、成果應(yīng)用、規(guī)范管理等內(nèi)容,確保從電池研發(fā)生產(chǎn)到回收利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)都有法可依。其次,應(yīng)充分發(fā)揮政府的宏觀調(diào)控作用,基于國家動力電池回收利用標準體系框架,從實際應(yīng)用場景、退役動力電池特性、經(jīng)濟效益和安全性出發(fā),完善從國家標準、行業(yè)標準到企業(yè)標準的不同層面標準體系建設(shè),同時加強政策上的鼓勵、經(jīng)濟上的補貼、技術(shù)上的扶持;此外,還應(yīng)加大宣傳力度,政府主管部門和相關(guān)單位在廢舊動力電池回收利用監(jiān)管過程中,應(yīng)聯(lián)合多平臺,采取多種形式開展動力電池回收主題宣傳,充分發(fā)揮政府和龍頭企業(yè)的引領(lǐng)示范作用,加強對電池回收利用方法和相關(guān)法律法規(guī)的科普宣傳,不斷強化消費者和相關(guān)主體對廢舊動力電池回收利用的認識。

3.2 完善回收體系

完善回收體系,充分激發(fā)市場活力,需要構(gòu)建“1+1+N”多元化動力電池回收利用模式。其中,第一個“1”代表政府主管部門;第二個“1”代表動力電池回收網(wǎng)絡(luò)共享平臺;“N”代表包含新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)、動力電池生產(chǎn)企業(yè)、動力電池回收利用資源再生企業(yè)及消費者在內(nèi)的所有主體,覆蓋動力電池的完整生命鏈。在整個電池回收體系中,各責(zé)任(參與)主體角色應(yīng)找準自身定位,明確職責(zé)分工,如表2所示。

表2 責(zé)任主體在回收體系中的角色及責(zé)任分工Table 2 Role and division of responsibilities of responsible subjects in the recovery system

從表2 可知,在政府主管部門的宏觀引導(dǎo)下,依托網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)共享平臺,可打通動力電池的流通鏈和回收鏈,實現(xiàn)動力電池生產(chǎn)-消費者-回收利用的全鏈條閉環(huán)。該模式可以解決當前動力電池回收模式中的渠道不暢通、技術(shù)標準不統(tǒng)一、市場主體活力不夠等問題。

3.3 升級關(guān)鍵技術(shù)

拆解回收是比較有前景的動力電池回收方式。拆解回收通過放電、切割、破碎、分離和提煉等工序回收廢舊動力電池中的金屬(主要是鎳、鈷、鋰),并對這些金屬進行再利用。企業(yè)可對動力電池包、電池模組、電池單體自動拆解技術(shù)進行升級,降低損耗,提高物理回收率;也可加大正、負極材料技術(shù)開發(fā)力度,配套使用定向循環(huán)技術(shù)提高回收率;還可升級動力電池健康狀態(tài)評估技術(shù),提高評估結(jié)果準確度。當前濕法回收技術(shù)相對成熟,應(yīng)用廣泛,國內(nèi)的格林美、邦普循環(huán)及英國原子能管理局(AEA)、德國IME GmbH 等國際上的龍頭企業(yè)均采用濕法回收技術(shù),回收鋰、鈷、鎳等金屬資源。另外,生物浸出技術(shù)具有污染小、成本低的特點,同樣具有較好的發(fā)展前景。

4 結(jié)論與展望

隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,大量動力電池退役給行業(yè)帶來了巨大挑戰(zhàn)。在面臨環(huán)境、資源、經(jīng)濟等多重壓力的情況下,政府、企業(yè)等不得不采取必要的措施予以應(yīng)對。

加強動力電池回收利用有助于應(yīng)對環(huán)境污染問題和緩解金屬資源短缺問題,促進新能源汽車和動力電池產(chǎn)業(yè)升級,助力我國經(jīng)濟發(fā)展。當前,動力電池回收利用行業(yè)依然存在政策制度與技術(shù)標準滯后、回收利用體系不健全、市場主體活力不夠等問題。此外,動力電池回收技術(shù)工藝單一落后,回收流程冗長粗放,回收效率低,運營成本高,這些問題都會嚴重限制產(chǎn)業(yè)和企業(yè)的發(fā)展。

要實現(xiàn)動力電池綠色經(jīng)濟高效回收,應(yīng)健全法律法規(guī),完善回收體系,改進回收利用技術(shù)。需要整合政府、企業(yè)、消費者等多方力量,通過政策扶持、體系保障、技術(shù)創(chuàng)新,最大限度激發(fā)市場活力,助力動力電池產(chǎn)業(yè)良性循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展。