鋰離子電池回收技術(shù)概況

廢舊鋰離子電池的資源化技術(shù)，是將廢舊鋰離子電池中有價(jià)值的成分，依據(jù)其各自的物理、化學(xué)性質(zhì)，將其分離。一般而言，整個(gè)回收工藝分為4個(gè)部分：(1)預(yù)處理部分；(2)電極材料修復(fù)；(3)有價(jià)金屬的浸出；(4)化學(xué)純化。

在回收過(guò)程中，按照不同的提取工藝分類(lèi)，可將鋰離子電池的回收技術(shù)分為3大類(lèi)：(1)干法回收技術(shù)；(2)濕法回收技術(shù)；(3)生物回收技術(shù)。

干法回收重要包括機(jī)械分選法和高溫?zé)峤夥?或稱(chēng)高溫冶金法)。干法回收工藝流程較短，回收的針對(duì)性不強(qiáng)，是實(shí)現(xiàn)金屬分離回收的初步階段。重要是指不通過(guò)溶液等媒介，直接實(shí)現(xiàn)材料或有價(jià)金屬的回收方法，重要是通過(guò)物理分選法和高溫?zé)峤夥ǎ瑢?duì)電池破碎進(jìn)行粗篩分類(lèi)，或高溫分解除去有機(jī)物以便于進(jìn)一步的元素回收。

濕法回收技術(shù)工藝比較復(fù)雜，但各有價(jià)金屬的回收率較高，是目前重要處理廢舊鎳氫電池和鋰離子電池的技術(shù)。濕法回收技術(shù)是以各種酸堿性溶液為轉(zhuǎn)移媒介，將金屬離子從電極材料中轉(zhuǎn)移到浸出液中，再通過(guò)離子交換、沉淀、吸附等手段，將金屬離子以鹽、氧化物等形式從溶液中提取出來(lái)。

生物回收技術(shù)具有成本低、污染小、可重復(fù)利用的特點(diǎn)，是未來(lái)鋰離子電池回收技術(shù)發(fā)展的理想方向。生物回收技術(shù)重要是利用微生物浸出，將體系的有用組分轉(zhuǎn)化為可溶化合物并選擇性地溶解出來(lái)，得到含有效金屬的溶液，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)組分與雜質(zhì)組分分離，最終回收鋰等有價(jià)金屬。目前，有關(guān)生物回收技術(shù)的研究剛剛起步，之后將逐步解決高效菌種的培養(yǎng)、周期長(zhǎng)的問(wèn)題以及有關(guān)浸出條件的控制問(wèn)題。

從回收工藝的次序來(lái)看，第一步：預(yù)處理過(guò)程，其目的是初步分離回收舊鋰離子電池中的有價(jià)部分，高效選擇性地富集電極材料等高附加值部分，以便于后續(xù)回收過(guò)程順利進(jìn)行。預(yù)處理過(guò)程一般結(jié)合了破碎、研磨、篩選和物理分離法。重要的幾種預(yù)處理方法包括：(1)預(yù)放電；(2)機(jī)械分離；(3)熱處理；(4)堿液溶解；(5)溶劑溶解；(6)手工拆解等。

第二步：材料分離。預(yù)處理階段富集得到了正極和負(fù)極的混合電極材料，為了從中分離回收Co、Li等有價(jià)金屬，要對(duì)混合電極材料進(jìn)行選擇性提取。材料分離的過(guò)程也可以按照干法回收、濕法回收和生物回收的分類(lèi)技術(shù)分為：(1)無(wú)機(jī)酸浸出；(2)生物浸出；(3)機(jī)械化學(xué)浸出。

第三步：化學(xué)純化。其目的在于對(duì)浸出過(guò)程得到的溶液中的各種高附加值金屬進(jìn)行分離和提純并回收。浸出液中含有Ni、Co、Mn、Fe、Li、Al和Cu等多種元素，其中Ni、Co、Mn、Li為重要回收的金屬元素。通過(guò)調(diào)節(jié)pH將Al和Fe選擇性沉淀出后，再對(duì)浸出液中的Ni、Co、Mn和Li等元素進(jìn)行下一步的處理回收。常用的回收方法有化學(xué)沉淀法、鹽析法、離子交換法、萃取法和電沉積法。

國(guó)內(nèi)外公司動(dòng)力鋰離子電池回收的技術(shù)路線和趨勢(shì)：濕法工藝和高溫?zé)峤鉃橹髁?/strong>

比較國(guó)外主流電池回收公司的廢舊動(dòng)力鋰離子電池回收工藝可以發(fā)現(xiàn)，目前主流鋰離子電池回收工藝以濕法工藝和高溫?zé)峤鉃橹鳎液艽笠徊糠忠呀?jīng)投入了工業(yè)生產(chǎn)階段。

鋰電回收經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)，電池廠商自行拆解或第三方拆解模式是目前主流

從2015年以來(lái)，隨著新能源汽車(chē)行業(yè)的爆發(fā)，以及電池材料的趨勢(shì)性變化(向著高鎳三元材料的方向發(fā)展)，鈷、鎳及碳酸鋰/氫氧化鋰的價(jià)格將受到一定幅度的提振。這使得回收廢舊鋰離子電池的經(jīng)濟(jì)性得到進(jìn)一步重視。

我國(guó)私家車(chē)年平均行駛里程約為1.6萬(wàn)公里，保守估計(jì)私家車(chē)的使用條件下，純電動(dòng)/插電式汽車(chē)的動(dòng)力鋰離子電池組使用壽命為4~6年左右；而有關(guān)公交車(chē)、出租車(chē)等車(chē)型，由于其日均行駛里程長(zhǎng)，充電較為頻繁，其動(dòng)力鋰離子電池組的壽命為2~3年。

不同類(lèi)型動(dòng)力鋰離子電池金屬含量各不相同，根據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)對(duì)各類(lèi)電動(dòng)汽車(chē)占比以及單車(chē)鋰電容量的預(yù)測(cè)，有關(guān)我國(guó)未來(lái)動(dòng)力鋰離子電池的報(bào)廢量進(jìn)行了預(yù)測(cè)。預(yù)計(jì)到2018年，我國(guó)新增報(bào)廢的動(dòng)力鋰離子電池將達(dá)到11.8Gwh，對(duì)應(yīng)可回收利用的金屬為：鎳1.8萬(wàn)噸、鈷0.3萬(wàn)噸、錳1.12萬(wàn)噸、鋰0.34萬(wàn)噸；預(yù)計(jì)到2023年，新增報(bào)廢的動(dòng)力鋰離子電池將達(dá)到101Gwh，對(duì)應(yīng)可回收利用的金屬為：鎳11.9萬(wàn)噸、鈷2.3萬(wàn)噸、錳7.1萬(wàn)噸、鋰2萬(wàn)噸。

權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)，除金屬鈷外，其他幾種金屬價(jià)格在未來(lái)幾年都將有不同程度的下降，據(jù)此推算，到2018年，可回收的有價(jià)金屬的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到鎳14億元、鈷8.7億元、鋰26億元；到2023年，可回收的有價(jià)金屬的市場(chǎng)價(jià)值可以達(dá)到鎳84億元、鈷73億元、錳8.5億元、鋰146億元。

通過(guò)建立經(jīng)濟(jì)性評(píng)估模型針對(duì)動(dòng)力鋰離子電池回收過(guò)程中投入成本和回收材料產(chǎn)出的收益，可以以以下數(shù)學(xué)模型進(jìn)行表示：

Bpro表示廢舊動(dòng)力鋰離子電池回收的利潤(rùn)；Ctotal表示廢舊動(dòng)力鋰離子電池回收的總收益；Cdepreciation表示廢舊動(dòng)力鋰離子電池設(shè)備的折舊成本；Cuse表示廢舊動(dòng)力鋰離子電池回收過(guò)程的使用成本；Ctax表示廢舊動(dòng)力鋰離子電池回收公司的稅收。

廢舊動(dòng)力鋰離子電池回收和再資源化過(guò)程的使用成本重要包括以下幾項(xiàng)(1)原材料成本；(2)輔助材料成本；(3)燃料動(dòng)力成本；(4)設(shè)備維護(hù)成本；(5)環(huán)境處理成本；(6)人工成本。

從毛利率、可行性和可持續(xù)性三方面看，權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)為：電池廠商直接回收利用形成閉環(huán)的模式以及第三方專(zhuān)業(yè)拆解機(jī)構(gòu)向電池廠商購(gòu)買(mǎi)廢舊電池的模式是目前主流的動(dòng)力鋰電回收模式，且在鋰電綜合回收的情況下具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

假設(shè)：(1)目前的金屬價(jià)格(鈷21.5萬(wàn)元/噸、鎳7.77萬(wàn)元/噸、錳1.1萬(wàn)元/噸、鋰70萬(wàn)元/噸、鋁1.26萬(wàn)元/噸、鐵0.2萬(wàn)元/噸)且不考慮其他回收出現(xiàn)的收益；(2)考慮各類(lèi)動(dòng)力鋰離子電池的使用占比(磷酸鐵鋰70%、錳酸鋰7%、三元23%)綜合回收鋰離子電池；(3)除原材料之外其他成本相同

結(jié)論及分析：第三方專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)從小作坊收購(gòu)廢舊鋰離子電池并進(jìn)行拆解加工的毛利率最高，達(dá)到60%；其次是行業(yè)聯(lián)盟回收加工的形式，毛利率達(dá)到45%。但這兩種方式中，前者(第三方：購(gòu)于小作坊)存在安全和環(huán)保性問(wèn)題，且目前小作坊尚未認(rèn)識(shí)到鋰電回收產(chǎn)業(yè)的巨大價(jià)值，收購(gòu)價(jià)格較低，因此這種方式不具有可持續(xù)性；后者(行業(yè)聯(lián)盟)目前由于相關(guān)管理?xiàng)l例和法律環(huán)境不完善，可行性仍然較低，但未來(lái)將是趨勢(shì)之一。；其他三種方式可行性和可持續(xù)性都較好，但其中電池生產(chǎn)商直接回收利用和第三方專(zhuān)業(yè)拆解機(jī)構(gòu)向生產(chǎn)商購(gòu)買(mǎi)廢舊電池的模式毛利率較高，因此權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)為這兩種方式將構(gòu)成目前主流的回收模式。

三元電池材料的回收價(jià)值較其他動(dòng)力鋰離子電池更高，如單獨(dú)考慮回收三元?jiǎng)恿︿囯x子電池的情況，則電池廠商回收利用模式和向電池廠商購(gòu)買(mǎi)廢舊電池的第三方拆解模式皆具備優(yōu)質(zhì)的投資價(jià)值(2016年測(cè)算到毛利率分別達(dá)到55%和48%

權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)為，動(dòng)力鋰電回收產(chǎn)業(yè)將在未來(lái)5年內(nèi)逐步實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、規(guī)模化，行業(yè)聯(lián)盟的回收模式有望在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中后期形成，由于其規(guī)模效應(yīng)，將擁有較高的毛利率。此外，原有的生產(chǎn)者回收利用模式和向生產(chǎn)者購(gòu)買(mǎi)廢舊電池的第三方拆解模式仍具備較強(qiáng)經(jīng)濟(jì)性。