鋰離子電池的應用和發展

如今，鋰離子電池已經廣泛應用在從便攜式電子產品到電動汽車等各種設備和場合中。而越來越多的能源廠商也將鋰離子電池應用于儲能系統，通常將其與可再生能源發電設施配套部署。根據彭博新能源財經公司的最新預測，隨著鋰離子電池價格的持續下降，以及可再生能源發電量的日益增長，預計到2040年全球部署的儲能系統的累計容量將到2,857GWh。

調研機構的預測描繪了一個令人鼓舞的前景：隨著全球可再生能源和清潔能源采用量的迅速增長，基于鋰離子電池的儲能應用也越來越廣泛。在電動汽車以及電網規模的儲能應用的推動下，鋰離子電池的銷售量將會激增(如圖1所示)。圖2中的圖表描述了預計到2025年鋰離子電池的銷售量(以噸為單位)。鋰離子電池數量的大量增長促使行業廠商致力于尋求一種具有商業規模并且經濟可行的回收解決方案，用于大規模處理和回收廢棄的鋰離子電池，以下將探討鋰離子電池回收行業當前面臨的一些挑戰，以及克服障礙的方法和機會。

圖1. 2018年至2040年全球累計部署的鋰離子電池儲能系統裝機容量(單位：GW)

圖2. 2008年至2025年全球鋰離子電池銷售量(單位：噸)

鋰離子回收行業的挑戰

1、回收與采購

資源的回收和處理通常面臨一系列獨特的挑戰，需要適應經濟和技術的發展。這些資源通常是廣泛分布的，因此難以為其處理和回收工廠收集大量原料。相比之下，盡管鉛酸電池回收等一些行業的收集和回收供應鏈已經構建并日益成熟，但鋰離子電池回收供應鏈仍在不斷變化和發展中。回收者在回收時可以將鋰離子電池以便攜式、小尺寸和大尺寸進行分類，分別對應于鋰離子電池的電壓(低壓、中壓、高壓)。每種類型的鋰離子電池都有不同的利益相關者群體——例如，制造商、經銷商、電子產品回收商以及車輛回收商。在儲能領域也存在一些利益相關者群體——電池提供商、儲能集成商、儲能項目開發商和儲能資產所有者。通過廣泛的利益相關者管理鋰離子電池的固有異質性，這是鋰離子資源回收行業廠商面臨的一個主要挑戰。

2、運輸與法規

鋰離子電池由于具有化學和電氣雙重風險，目前被歸類為第9類危險品。鋰離子電池具有熱失控的缺點，通常是由于內部短路而導致起火或爆炸。有許多因素可能導致鋰離子電池熱失控，其中包括過度充電、環境條件惡劣(例如極端外部溫度)和制造缺陷等。在熱失控發生時，鋰離子電池通常會在幾秒鐘內從室溫提高到700℃以上。作為復雜的化學反應的一部分，鋰離子電池中的電解質溶劑(通常為碳酸烷基酯)是電池燃燒的主要燃料。

當處理嚴重損壞或有缺陷的鋰離子電池時，必須格外小心，因為這樣會增加熱失控的風險。通常采和專用容器(例如，Genius Technology公司用于中壓至高壓鋰離子電池的LionGuard容器)與不易燃的包裝材料配合使用，以安全地運輸這些電池。隨著鋰離子電池總體數量的增加，在各種應用中損壞或具有缺陷的鋰離子電池的數量也隨之增加。如今，鋰離子電池資源回收行業日趨成熟，但世界各國的相關法規差異很大。隨著新行業和研究報告的發布，這些法規每年也可能發生重大變化。因此，在廠商開發和回收鋰離子電池的過程中，需要密切跟蹤相關法規(包括物流)方面的變化。

3、安全與儲存

運輸和法規變更的挑戰通常圍繞一個關鍵因素：安全。對于處理、運輸、儲存、加工鋰離子電池的廠商來說，安全性至關重要。因為鋰離子電池存在熱失控的風險，這對鋰離子電池的處理和運輸提出了獨特的挑戰。具體而言，最安全的方法是在現場使用盡可能少的鋰離子電池，以減輕發生熱失控事件的風險。但是，這與確保大量廢棄鋰離子電池用于加工和處理目的的要求相矛盾。當前廢棄鋰離子電池(便攜式/小型電池)通常來自手機、筆記本電腦和其他消費類產品)，這使其安全存儲的發展更加復雜。廢棄的便攜式鋰離子電池通常與其他類型的電池混雜在一起。在初步檢查時，工作人員對于收集的電池狀態(是否完好無損)并不了解，通常只有在分類或處理時才會了解。而對于儲能系統中的鋰離子電池，必須嚴格實施有關托盤/機架間距，儲存密度以及在存儲空間采用滅火系統等協議，以減輕與鋰離子電池熱失控和著火有關的風險。

廢棄的鋰離子電池回收和處理面臨的挑戰

從電池回收工藝的角度來看，由于鋰離子電池原料的高度異質性，與傳統的金屬資源回收相比，鋰離子電池的回收面臨獨特的挑戰。目前，市場上的鋰離子電池至少存在14種不同類型的陰極材料，當考慮特定成分時，每種陰極材料都有所不同。對于傳統的金屬資源，采用主要回收措施可能回收1到4種金屬元素(例如銅、金、銀和鉑等)。但是，鋰離子電池可能需要考慮回收利用20多種元素，如圖3中的元素組成。另外，這些金屬元素通常與無機材料、有機材料和塑料混雜在一起，這進一步使鋰離子電池的回收過程復雜化。為了能夠分離出有價值的成分，通常需要具有許多單獨單元操作的復雜工藝流程圖。在這種情況下，電池回收工藝流程進行的物理測試工作是非常關鍵的，并需要通過技術和經濟來驅動。

例如，Li-Cycle公司就是一家專注于鋰離子電池資源回收技術的公司。自2016年合并以來，Li-Cycle公司開發了一種獨特的回收工藝，該工藝采用機械預處理和濕法冶金方法可以回收鋰離子電池材料的80%～100%。該公司采用這一先進的資源回收流程，致力于從各個供應鏈參與者那里采購廢棄的電池，并對安全性進行優先排序，這成為了Li-Cycle公司實現其鋰離子電池回收技術全球商業化目標的基本要素。

機遇與未來展望

在未來的二十年中，用于儲能系統和其他應用的鋰離子電池的全球數量將穩步增長，這凸顯了未來這些電池都必須有可持續的回收途徑。電池回收廠商的使命是利用其創新解決方案來應對新興的挑戰，因此需要改進的技術和創新的供應鏈，以更好地回收這些電池，并滿足對關鍵且稀缺的電池材料迅速增長的需求。鋰離子電池成為了碳基經濟向可持續能源轉型的關鍵驅動力，可擴展性、低成本、安全性和環境可持續性是鋰離子電池回收技術的核心原則，并將大量減少溫室氣體排放。

為了確保產生積極影響，必須構建一個完善的回收體系大規模地安全處理和回收廢棄的鋰離子電池，并將回收的電池材料重新整合到鋰離子電池供應鏈中，促進更廣泛的經濟發展，同時防止對環境和安全產生負面影響。