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探析锂电池回收现状

编辑:绍兴智稳电气有限公司   字号:
摘要:探析锂电池回收现状
目前,商业化的锂电池处理技术有干法冶金和湿法冶金,但均是适用于处理含有钴、镍等价值较高的锂电池。其中,干法冶金不提取碳酸锂,而湿法冶金企业可以提取碳酸锂,但成本在40,000元/吨以上,远高于原生碳酸锂,不具有经济效益,除非碳酸锂价格大幅上涨。尚未商业化的物理法能够较为理想的二次利用各种 锂动力电池材料,如果能够推广,则对电池原料供应端将有较大负面影响,但是此法对废旧电池种类和成分上要求具有一致性,推广难度较大,即使出现影响,也至少会在2020年以后产生。

首先,物质回收循环利用需要满足以下条件:减小对环境的污染、节能、解决供给缺口、符合法律法规、具备废料原料供给条件、具有规模效应、最关键的是要具有经济效益。而目前在锂电池的回收循环利用上,主要是提取价值较高的钴、镍、铜等材料、而由于再生碳酸锂的成本估计在40,000元/吨以上(据国外媒体报道,从锂电池中回收碳酸锂的成本是目前碳酸锂最低生产成本的5倍,以碳酸锂生产成本最低的SQM的付现成本来计算的话,其成本在40,000元/吨以上),远远高于原生碳酸锂成本而无利可图,所以回收企业几乎放弃了对锂的回收利用。

1、火法冶金法只回收高价值材料

目前,锂电池主要应用于消费类电子产品,所以,回收的锂电池均是小型电池。而锂电池和镍氢电池一般含有钴、镍等价值含量高的材料,回收企业一般采用技术成熟的干法冶金对钴、镍、铜等元素进行回收利用,而对铝、锂、锰等元素较少回收。干法的优点:电池中有机物的燃烧提供了能量;钴、镍、铜被回收利用(钴的回收节省了70%的能源成本;没有含硫气体的排放)。铝锂等残渣可以回收后添加入混泥土,以提高性能。全球电池回收处理技术领先的比利时Umicore采用干法冶金回收钴、镍、稀土等元素,对锂、锰元素由于无经济效益而未回收。

2、锂动力电池回收:锂盐回收效益低

锂动力电池是新能源汽车的重要零部件,废旧电池的处理涉及安全、环保,电池回收利用是新能源汽车发展的重要环节之一,目前大部分国家尚未建立新能源汽车动力锂电池的回收利用体系。

锂动力电池回收循环利用将会有两种形式:一种是回收后继续应用在要求低一些的领域,如日产将锂动力电池二次利用在备用电源领域;一种是直接报废回收循环利用有用材料。

锂动力电池在一次应用完毕后,各种性能均会出现一定下降,所以在二次应用中,主要使用在性能要求低一些的领域,主要在居民备用电源、偏远地区储能设备。而在大型风力发电、光伏发电储能设备领域,由于使用要求高,二次利用锂动力电池的概率较低。二次运用领域相对目前来说是新增消费领域,对我们的供需预测没有影响。而锂动力电池的报废回收循环利用对碳酸锂供给端有一定影响,所以我们主要讨论这种情况出现对供给端的影响。

3、湿法冶金法主要回收高价值材料

目前锂电池回收能够提取碳酸锂的商业化方法是湿法冶金,湿法冶金对废电池原材料要求进行一定分类,并在低温状态下进行处理,但提取碳酸锂基本上是无利可图,主要还是来自于钴、镍、铜的收益。全球领先的锂电池回收企业美国Toxco采用此方法进行回收,60%的原料得到回收、10%的原料得到二次利用。Rookwood2009年在德国环保部的支持下建立了实验性工厂,希望能够利用湿法冶金技术较经济的从锂动力电池中回收锂盐,目前尚无突破性进展。

目前,镍氢电池含有镍及稀土等元素,而锂电池如果采用的含钴、镍元素的正极材料,采用干法冶金和湿法冶金的回收企业尚有动力去回收电池中的钴、镍等稀贵元素。但是,如果未来锂电池采用不含或者含量较低的钴、镍的正极材料后,利用干法和湿法回收锂电池均将无利可图,更不会考虑回收碳酸锂。

4、物理法效果最好,但废旧电池一致性条件难满足

如果采用钴、镍等稀贵元素较少的正极材料,则原材料价值可能很低,但是正极材料价值可能很高,所以,回收的目标将不再是原材料,而是直接回收有更高价值的正极材料、负极材料、电解液、隔膜等中间品。

目前,尚未商业化的先进电池回收处理技术为物理法,此法能够直接回收正极材料、负极材料、电解液、隔膜,只要经过较简单的处理后,能够再次运用于锂电池。此法在低温环境下进行处理,但是对废锂电池要求极其严格:需要为同一种锂电池(至少锂电池所用正负极材料、电解液一致)。美国企业OnTo目前正在研究此法,并拥有多项专利。

目前锂动力电池正极材料种类繁多,连镍钴铝三元材料自身成分比例也不一致,所以物理法除了技术上的难度以外,废锂电池的一致性标准也难以满足,商业化使用存在一定难度。未来,如果在锂动力电池上进行标准统一、化学成分标准化、详细的 电池标签、易于拆分的组装设计后,则物理法有可能得到商业化推广。

如果物理法在条件成熟得到商业化推广后,则对锂动力电池的原料供给端会产生比较大的影响。新增的锂动力电池很大一部分比例的原料将会来自于锂动力汽车电池的回收二次利用,包括锂盐的回收利用。然而,锂动力电池的标准化有一定难度,特别是化学成分的标准化,即便是能够标准化,大规模的锂动力电池报废也至少是在2020年以后,对目前的各种原料供给端影响较小。
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