据新华网报道,去年,我国退役动力电池总量超过58万吨,动力电池退役数量同比增长超140%,进入退役增长期。有行业人士预计,到2030年,国内动力电池质保到期的汽车将累计突破近2000万辆,动力电池回收利用市场规模预计将达1400亿元。根据麦肯锡的预测,由于电动汽车的激增,以及特别是随着人工智能发展,在全球各地建设的电网储能系统(BESS)的增长,在未来十年的发展中,全球锂离子电池的需求将以近30%的复合年增长率增长。
而随着锂离子电池需求的迅速增长,其产能释放无法匹配需求,原材料供给出现失衡,锂、镍等重要金属原材料价格上升,高昂的原材料价格也在不断推动着动力电池回收行业的快速发展。
近日,工业和信息化部重新修订了《新能源汽车废旧动力电池综合利用行业规范条件(2024年本)》。文件指出,企业应依据相关的国家标准、行业标准,对废旧动力电池进行综合利用(梯次利用和再生利用),并对厂区条件、设施设备、技术工艺、溯源能力、资源利用、能源消耗等提出了具体要求。
一般来说,一块动力电池的使用时间为8-10年,随着时间的推移,动力电池的性能会逐步下降。按照我国新能源汽车的标准,动力电池一般在剩70%-80%余能的时候就可以退役。这些退役的电池虽不能继续作为电车电池,但依然可以被用在电力系统储能,以及通讯基站备用电源等领域。这些电池通常可使用到初始容量的60%左右,根据使用场景不同,使用寿命也为数月至数年不等。
经过阶梯使用的动力电池则会进入拆解回收厂,使旧电池中锂、镍、钴、铝等材料可以被重新利用,而不是被送到填埋场或焚烧设施。但退役电池内部结构复杂,且一般含有未完全释放的能量。所以在拆解回收过程中,为了在保障安全的前提下实现不同材料的分离,首先要进行预处理。预处理过程主要包括四个步骤:1)放电失活处理;2)电池拆解;3)电芯破碎;4)材料分离。预处理之后,回收厂会对分离后的正极材料、负极材料等进行二次处理。正极材料的回收由于经济效益更高而成为重点。
回收正极材料通常采用湿法和火法两种技术:
湿法冶金是一种化学浸出过程,它使用水溶液中的化学试剂来溶解电池中的金属。工厂首先将电池的正极材料与其他组件分离,然后将正极材料放入特定的化学溶液中,使金属离子进入溶液。最后通过电化学沉积、化学沉淀或溶剂萃取等方法来从溶液中提取和纯化金属。
火法冶金则通过热处理来回收电池中的金属,使电池中的有价金属在高温下被还原,然后以合金的形式被回收。火法冶金能够处理大量的材料,但这种方法可能会产生有害的气体排放,并且对于某些金属的回收效率可能不如湿法冶金。
未来展望
动力电池的回收利用依然面临着不少挑战,比如动力电池的拆解非常不容易且电池的健康度残值未知,在技术层面上较为薄弱。电池诊断和翻新技术的创新正在提高这些电池重新利用的效率和安全性,确保最佳性能和寿命。此外,回收工艺的进步,包括更有效的材料回收方法和闭环系统的开发,也提高了动力电池回收的效率和经济效益,推动行业的发展。
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