废旧动力锂电池的拆解及梯次利用技术浅析(2)

四、退役动力电池梯次利用市场分析：

废旧锂电池的梯次利用随着2016年底我国废旧锂离子电池的大批量的出现，实际上在国内很快形成了梯次利用市场，2017年初开始一些小型企业将动力电池包拆解得到电池单体进行批发，作为移动光源如手电筒、五金工具及低速电动车的电源使用；2017年开始至少有10家以上的小型企业进行该经营活动，早期确定的废旧动力电池梯次利用方向，作为储能系统实现废旧动力电池梯次利用，还没有得到实质性的推广。

 

1、国内退役动力电池梯次利用进展：早期我国废旧动力电池的梯次利用以储能系统作为主要发展战略，中国电科院、国网北京市电力公司、北京交通大学、北京工业大学、北京普莱德新能源电池科技有限公司等单位相继进行了动力电池梯次利用示范工程。国内几个典型的动力电池梯次利用示范工程见表1。但这些示范工程以后，多数没有进行商业性运营。

2. 国外退役动力电池梯次利用进展：国外的梯次利用主要也以储能为主，日产汽车和住友集团合资的4REnergy公司，将日产leaf气车的二手电池用于家庭和商业储能设备；夏普公司开发了智能功率调节器，以使车载动力电池可以用于家庭电源管理；同时美国EnerD el公司和日本伊藤忠商社合作，在新建公寓中推广梯次利用电池；美国TeslaEnergy、通用公司及ABB集团，德国BOSCH、BMW等公司也开展了梯次利用的实践。

3.退役动力电池梯次利用市场：我国自2011年以来，动力锂电池的市场规模也越来越大，2009-2016年我国累计生产新能源车达到近100万辆，实际上2016年底我国新能源汽车动力电池累计报废量约为2万～4万t，据估算2018年我国电池报废量达到17.5万t，废旧动力锂电池回收价值将50亿元以上，2020年回收市场价值将达到100亿元；同时移动光源、五金工具及低速电动车的电源方面对退役锂离子电池有着巨大的市场需求，估计在近几年废旧锂离子电池的梯次利用在这些领域有着巨大的市场前景。

五、退役动力电池梯次利用处理的技术问题

1、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。

 

2、梯次利用技术难点：

 

1）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。

2)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。

3)2009年日本东芝提出对SCIB电池进行二次利用。2013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。

4)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30KW/1MWh梯次利用锰酸锂电池储能系统和250KW/1MWh梯次利用磷酸铁锂电池储能系统。

5)总体来讲，我们需要关注三个方面的问题：

①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。

②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。

③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。

六、退役动力电池梯次利用处理的步骤: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。

 

1、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；创新重点是碱液中和，无高温煅烧，无烟尘、尾气排放，实现100%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。

 

1)从整个投入来看，回收处理1吨废旧电池的花费约在5575元，回收处理1吨废旧三元电池的收益为5900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。

2）电池材料回收方面，宁德时代与具备材料回收资质的企业合作。从操作流程来讲，主要包括电池包分类、拆解及材料回收三步骤

3)总而言之，要实现铁锂电池回收，回收效率是一个关键。

2、废旧锂电池的拆解：锂电池的使用具有一定的生命周期，使用一定时间需要报废，即使进行梯次利用，最终也要报废；锂电池由壳体，正极（铝基片），负极（石墨与铜基片），电解液，隔膜等组成；如不进行拆解及分选，无法回收废旧电池中的有价材料及成分，即使进行分离，也无经济意义；因此回收企业应着力开展废旧锂电池的拆解的技术开发。

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3、关于破碎分选工艺，有些小型机加工厂开发了500～1000kg/h的拆解系统（图2），废旧锂电池有价组分回收利用率达90%以上，针对不同形状的废旧锂电池提出了不同的拆解分选流程；据报道，2017年4月中航锂电(洛阳)有限公司建立了全自动化锂动力电池拆解回收示范线；该示范线可对锂动力电池中铜铝金属回收率高达98%，正极材料回收率超过90%。

1）磷酸铁锂（LiFePO₄）动力电池安全性好，但规格不一、形状各异，可以进行规模化拆解；一些小规模的回收厂家主要先拆分电芯得到正、负极片，再破碎分选，回收铜、铝及电池材料，工艺流程见图3；随着（LiFePO₄）电池的大规模使用及逐渐退役，规模化及全自动化拆解（LiFePO₄）动力电池仍存在4大难题：自动化拆壳技术、自动化拆片技术、LiFePO₄材料再生利用技术和电池拆解过程中的环境安全控制；需要进行全自动拆解设备的技术开发。

2）对于大容量三元材料电池，处于安全考虑，还没有进行规模化拆解回收实践，而对于电池单体容量小、质量轻和体积小的电池进行大规模回收处理（如常规的18650锂离子电池）；目前已经有成熟的拆解技术，主要采用破碎分选的方法进行拆解，其工艺流程依次为放电、高温热解、机械破碎、粒径分选、密度分选等。

 

 

(末完、待续)