【深度解读】动力电池的梯次利用和锂资源回收

众所周知电动汽车跨越式增长促进了动力电池产业与技术的高速发展受益于锂电池需求旺盛以及南美盐湖锂产能减产等因素国内电池级碳酸锂平均价格由年月的万元吨一路上涨到了年月的万元吨累计涨幅达到

值得注意的是我国目前已成为世界上最大的锂资源消费国随着锂资源需求日益增加需求量和储量之间的矛盾逐渐凸显废旧电池的梯次利用和回收利用也越来越受到各方的重视如何有效进行动力电池的梯次利用和锂资源回收成为我国动力电池技术发展的重要课题之一

话题梯次利用与回收利用

背景电动汽车的动力电池性能会随着充电次数的增加而衰减当电池容量衰减至额定容量的以下时动力电池就不适于应用在电动汽车上这意味着其在电动汽车上的使用寿命终止如果直接将电池淘汰必将造成资源的严重浪费同时也会导致环境污染

针对退役的动力电池有两种可行的处理方法一种是直接作为工业废品进行报废和拆解提炼其中的原材料实现原材料的循环利用另一种方式则是考虑退役的动力电池虽然已经不满足汽车的使用条件但仍然拥有一定的余能其寿命并未完全终止可以用在其他领域作为电能的载体使用从而充分发挥其剩余价值

中国电科院储能与电工新技术研究所高级工程师刘道坦

动力电池梯次利用需要考虑三个问题

动力电池梯次利用的意义在于从电池原材料电池电池系统汽车应用二次利用资源回收电池原材料的电池全生命周期使用角度考虑可以降低电池成本避免环境污染

年日本东芝提出对SCIB电池进行二次利用年之后国内众多动力电池企业电动汽车企业也都积极开展动力电池梯次利用基础研究电动汽车市场化快速发展让动力电池的梯次利用有了现实需求研发及应用逐渐增多

电动汽车的梯次利用要考虑到电动汽车的复杂性但技术上总体可行在工程示范应用方面国网建有KWMWh梯次利用锰酸锂电池储能系统和KWMWh梯次利用磷酸铁锂电池储能系统

总体来讲我们需要关注三个方面的问题

技术性可行性方面包括老化程度后期衰退安全性可靠性涉及到老化失效机理后续寿命安全性可靠性检测分级筛选技术工况测试重组与管理技术等方面但相关标准目前仍缺失

经济可行性方面包括旧电池成本计运输检测重组成本新电池成本的快速降低低成本的竞争性储能技术再利用的收益需要快速检测分选成本技术电池系统组件综合再利用等

市场方面所有权复杂电池残值风险责任电力市场这方面还需要政府支撑与扶持产业界的积极响应和

总体来说随着动力电池技术进步和性能的提高相关标准的逐步完善都利于其梯次利用而动力电池梯次利用的经济性随着储能市场的发展及电池梯次利用规模化的应用也逐渐显现

北京理工大学能源与环境材料学科首席教授吴峰

年全球废旧锂电池预计高达亿只

预计到年全球废旧锂电池的数量约为亿只我国在这方面已经开始进行研究通过柠檬酸处理进行动力学分析开发出用抗坏血酸对废旧电池重金属离子的绿色浸提技术

据了解目前国内外对废旧锂离子电池的回收过程是首先彻底放电然后对电池进行拆解分离出正极负极电解液和隔膜等各组成部分再对电极材料进行碱浸出酸浸出除杂后进行萃取以实现有价金属的富集

中国电子科技集团第研究所电池检测中心主任肖成伟

动力电池的投资力度处于增强阶段

电动汽车电动自行车储能都是动力电池现在和未来应用的市场全球角度来看动力电池的投资力度仍处于增强阶段国内目前形成了比较集中的四大区域珠三角长三角京津冀和中原

目前整个产业资金投入超过了亿年的产能超过亿瓦时年配套电池的瓦时数超过了亿瓦时产值超过了亿人民币

中国现在形成了一个完善的产业链例如正极负极隔膜电解液等包括生产装备和梯次利用也包括资源回收都形成了比较完善的产业链

合肥国轩高科动力能源公司工程研究院常务副院长杨续来

动力电池梯次利用技术有三大难点

年我国动力电池产量暴增主要体现在几方面动力电池企业扩产消费类电池企业转型传统铅酸电池企业转型大财团新兴投资方向

主机厂信赖国外电池产品为何对国产动力电池信心不足我认为主机厂与电池企业互相脱节电池厂与主机厂应协同开发推进中国应多多借鉴国际经验实现国产化

梯次利用的前提首先从全生命周期追溯如果不解决电池使用过程中到底怎么使用的使用状况是什么样的梯次利用也无从谈起

梯次利用技术难点一是探索最佳配组方案标准模组直接梯次利用是最佳方案单只问题电芯导致模组需要拆解并重新组合难点二是集中式大型储能电站安全性磷酸铁锂电芯的大规模储能梯次利用是可行的退役的三元电芯的集中式储能方案不现实适合直接资源化回收难点三是BMS元器件老化电子元器件的老化失效需要技术验证

万向A电芯研发总监郑利锋

实现铁锂电池回收回收效率关键

万向A电池回收进展与体会郑利峰我们主要探索并打通电池回收工艺路线处理过程避免污染物质排放回收有价值的物质实现关键原材料资源的循环利用

在回收工艺方面我们实现了电池安全无污染的拆解通过碱液中和去除电解液对碱液也进行处理和再利用同时也实现正负极隔膜等所有材料的有效分离对碱液实现全收集和净化处理创新之处是碱液中和无高温煅烧无烟尘尾气排放实现分离同时适用于LFP与三元电池回收处理但同时也存在挑战即设备自动化低和处理效率低

从整个投入来看回收处理吨废旧电池的花费约在元回收处理吨废旧三元电池的收益为元三元电池回收可实现预期经济效益LFP电池回收须通过提高回收处理效率以期实现经济效益平衡

总而言之我们有一点感触要实现铁锂电池回收回收效率是一个关键

话题现有锂电池技术及工艺

背景根据锂离子电池产品全生命流程锂离子电池产业链共分为五个环节上游材料锂电池材料锂电池电芯锂电池模组和锂离子电池应用回收领域锂电池目前的发展制约因素是什么当下的技术研发热点又是什么国家引导的研发方向是什么这些问题在会上都得到了解答

北京理工大学能源与环境材料学科首席教授吴峰

我国动力电池产业将面临新一轮的洗牌

动力电池的爆发性需求已延伸到正极负极和隔膜电解液等相关材料产业以及上游锂矿资源

在工信部提高准入门槛后我国动力电池产业将面临新一轮的洗牌从几千家企业优胜劣汰为上百家

能量密度安全性寿命成本仍然是动力电池产业发展的主要制约因素有待材料电池和工艺的创新

中科院物理研究所研究员黄学杰

瓦时公斤不能成为电动汽车参考目标

瓦时公斤应该成为电池企业的奋斗目标但是不要成为电动汽车的参考目标

国家在几年前制定先导计划比国家十三五电动汽车重点项目早两年多一点目标是在年造出大于瓦时公斤的电池这是作为电动汽车电池比较现实的目标也是基于年来的理解提出的

此外我们也要注意从实验室到实现实际应用需非常长的时间所以大家不要对石墨烯电池短期内应用抱太大的希望

中国电子科技集团第研究所电池检测中心主任肖成伟

高密度的三元材料目前是研发产业化热点

国家新能源汽车重点研发专项中提出对动力电池的六个方面进行研发支持分别是新材料新体系高比能锂电池高功率长寿命电池动力电池系统高比能二次电池以及测试评估而在节能与新能源汽车国家规划里面也提到还重点支持电池模块

在中国制造中明确了我国动力电池的能量密度目标是瓦时公斤与之对应配套的新能源汽车的数量预计于年达到万辆到年达到万辆

通过国内外动力电池技术发展现状比较从动力电池发展趋势来看正极材料有层状结构尖晶石结构和橄榄石型结构其中高密度的三元材料现在是研发产业化的热点而负极材料方面有碳材料金属氧化物材料合金材料等其中在合金类材料里硅碳负极材料是研发的热点

北大先行科技产业有限公司董事长高原

锂离子电池生产工艺的创新需政府加大支持

当前锂离子电池生产工艺需要革命性跳跃性的创新而这种创新具有很大的风险企业可能难以承受因此需要政府加大这部分的投入减轻企业负担

话题锂资源开发前景展望

背景力争到年把青海打造成全国有影响力的千亿元的锂电产业基地实现从锂资源大省到锂产业强省的转变青海省省长郝鹏在活动中如上表态据了解青海是名副其实的锂资源大省锂储量占全国以上

比亚迪股份有限公司董事局主席兼总裁王传福也表示电动汽车目前主流还是以锂电池驱动在国家对新能源汽车政策的推动下电动汽车发展很好对于锂资源的需求变大所以带动了锂电池锂资源价格的上涨而丰富的锂资源必然给青海能源变革带来新的机遇

青海省锂产业技术创新战略联盟理事长段东平

借盐湖锂资源优势打造青海千亿锂电产业基地

现在新的问题是我国锂资源是否能够支撑整个产业的快速发展

从资源情况来看我国锂资源总储量是万吨其中盐湖锂资源储量在万吨矿石储量在万吨左右盐湖锂资源主要集中在青藏高原即青海和西藏青海占大约占青海锂资源的禀赋非常好所以我们以青藏高原作为资源战略基地来考虑一些全国性的战略思路

国内锂资源开发目前共有五种成熟的解决方案吸附法焙烧法沉淀法电渗析法和萃取法目前我们在建设规模和产能上比较有竞争力但是在技术上还处于攻关阶段

年全国锂资源的用量已达到万吨预计到年会更多每年的增速在持续加快预测年碳酸锂总需求会达到万吨左右但目前产量远远没有达到这个情况这使得锂资源供不应求导致锂产品价格大幅上涨

我们有以下建议以生态优先保护的理念来推动青藏高原在锂资源开发上的政策和产业发展需开展在低含量低品位盐湖锂矿中的高效分析针对盐湖卤水提锂的工艺特点杂质种类及含量开展具有循环工艺特点的开发

中国地质科学院矿产研究所副研究员侯献华

需求持续增长锂价格未来还会继续上涨

从目前来看全球锂资源及其开发主要集中在智利阿根廷澳大利亚和中国年全球锂产量总计万吨锂消费量是万吨从我国锂供需现状来看年我国锂产量吨不到全球产量的而总消费量万吨

从世界消费结构看锂电池占到了第二在中国锂电池由于十三五规划地位上升年下半年碳酸锂价格直线飙升我国预计到年全国电动车产业需要碳酸锂万吨

随着中国制造能源发展战略行动计划等战略的实施节能与新能源汽车新材料等战略性新兴产业加快发展在未来一段时间锂原材料将呈现以下态势需求持续增长供应增加缓慢生产成本上涨锂盐湖价格继续上涨

对我国锂资源开发利用有如下建议加快锂资源的调查评价重点加强盐湖型锂资源的开发利用研究东西部联手打造我国的锂产业战略联盟加大锂矿区开发根据我国新能源电动汽车产业发展情况加强电池电动汽车质量建立电池回收体系