蓄電池回收

有關(guān)電池制造商來說，電池回收利用并不是其業(yè)務(wù)優(yōu)先考慮的重點(diǎn)，但是確實(shí)有一些回收解決方法。鋰離子電池的回收在技術(shù)上是可行的，但要對其方法和措施進(jìn)行改進(jìn)。

電池結(jié)構(gòu)的多樣性導(dǎo)致大多數(shù)電池回收廠商只能使用火法冶金的方法提取鈷，并使其他電池材料的回收過程變得復(fù)雜。  

鋰離子電池回收面對的挑戰(zhàn)應(yīng)該在其設(shè)計(jì)階段解決。不過到目前為止，電池生產(chǎn)廠商更加重視的是電池的安全性、功率密度、可循環(huán)性。  

來自萊斯特大學(xué)、紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)和伯明翰大學(xué)、法拉第研究所、ReCell中心以及美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員對鋰離子電池的回收設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，并將他們的研究結(jié)果發(fā)表在《綠色化學(xué)》雜志上，其報(bào)告名稱為《鋰離子電池回收設(shè)計(jì)的重要性關(guān)鍵評論》。  

研究人員在論文中指出，“要使電池具有循環(huán)經(jīng)濟(jì)性，重要的是要減少電池組件數(shù)量，二次加工（回收）的成本通常比一次加工（原料提取）要低，其純化流程以及收集和回收隔離機(jī)制更加簡單，假如電池材料沒有進(jìn)行更好地回收利用，將會(huì)對環(huán)境出現(xiàn)重大影響，因此通常強(qiáng)制要求電池廠商進(jìn)行回收利用。”

鉛酸電池的回收

鉛酸電池可以滿足這樣的回收要求，這就是日本、美國和歐洲大部分國家的鉛酸電池回收率接近100%的重要原因。鉛酸電池設(shè)計(jì)簡單，其重要材料是聚丙烯外殼、電解液以及由鉛制成的電極。考慮到鉛和聚丙烯的密度值分別為11.3克/立方厘米和0.9克/立方厘米，采用密度分離組分的方法相對簡單。  

鋰離子電池中陰極和集流體的相似密度值使類似方法無法實(shí)現(xiàn)。因此，鋰離子電池要諸如氧化還原反應(yīng)、溶解性或利用靜電和磁性方法分離電池材料等方法。  

缺乏化學(xué)成分的標(biāo)簽是難以有效制定回收電池制度的另一個(gè)重大障礙。與鉛酸電池不同，鋰離子電池具有多種化學(xué)和結(jié)構(gòu)，例如NCA、NMC、LMO、LCO和LFP電池，所有這些都可以結(jié)合到不同的化學(xué)成份中。 

回收的成本

研究小組表示，電池的標(biāo)簽并沒有全球標(biāo)準(zhǔn)，但要向電池回收商標(biāo)明電池的成分。因此，濕法冶金（包括粉碎和酸處理）和火法冶金（在進(jìn)行酸處理之前進(jìn)行高能耗的熔煉）在鋰離子電池回收中已變得司空見慣。濕法冶金要預(yù)處理、排放和正確的拆解，而不是進(jìn)行更簡單的粉碎方法。  

該研究報(bào)告的作者指出，電池的預(yù)處理可以由機(jī)器進(jìn)行，但其前提是必須明確標(biāo)明電池類型和架構(gòu)。全球汽車工程師行業(yè)機(jī)構(gòu)SAEInternational公司最近推薦了一種標(biāo)簽方法。而調(diào)查表明，電池重要生產(chǎn)國正在考慮鋰離子電池采用的標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)。

電池組中電池模塊排列方式的變化給電池回收商帶來了另一個(gè)障礙。一些鋰離子電池生產(chǎn)商為了最大限度地提高安全性和電池壽命，通常犧牲了可回收性。  

電池單體越多，電解質(zhì)材料在電池重量中所占的比例就越低。新增電池單體數(shù)量也使其分離步驟復(fù)雜化，從而新增了回收成本。例如，特斯拉S型85kWh電動(dòng)汽車電池包含16個(gè)電池模塊，每個(gè)電池模塊包含444個(gè)電池單體，而每輛電動(dòng)汽車內(nèi)擁有7104個(gè)圓柱形電池。寶馬i3電動(dòng)汽車配備96個(gè)棱柱形電池，日產(chǎn)聆風(fēng)電動(dòng)汽車則配備了192個(gè)袋式電池。  

作者在這篇論文指出：“當(dāng)電池的拆解并且成本高昂時(shí)，唯一的回收方法便是火法冶金，但這種方法成本既高昂又效率低下。因此電池回收處于兩難的困境，而電池的設(shè)計(jì)將會(huì)影響電池回收策略。”  

人工拆解電池組件和模塊是提取電池材料的首選方法，但比粉碎方法花費(fèi)更長的時(shí)間。電池設(shè)計(jì)的無數(shù)組合使得自動(dòng)化拆解幾乎無法實(shí)現(xiàn)，從而顯著提高了回收成本。  

該論文建議，采用最外層固定裝置以及電池模塊和單元的標(biāo)準(zhǔn)化措施來解決該問題，屆時(shí)可以相對容易地進(jìn)行拆解。 

采用母線連接

研究報(bào)告指出，電池之間可以采用實(shí)心母線連接，而不是目前采用較軟的電纜。這樣，自動(dòng)化設(shè)備可以更容易地將電池從母線分離。  

研究人員還建議不要采用不可逆的粘合劑，這樣的粘合劑將活性材料附著到鋰離子電池聚丙烯外殼上。而采用傳統(tǒng)的粘合劑提高了從電池分離陰極和陽極材料的成本。  

電池采用循環(huán)設(shè)計(jì)方法通常涉及到對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的細(xì)微變化，但假如將回收的電池原材料返回到電池生產(chǎn)過程中，與重要來源相比，其成本顯著降低，則有助于建立循環(huán)經(jīng)濟(jì)。 

解決方法

研究人員說，在不粉碎廢舊電池的情況下分離電極材料可以將回收的成本降低70%，比新購原材料的成本還要低。采用全面詳細(xì)的標(biāo)簽、簡化的電池結(jié)構(gòu)、易于分離的設(shè)計(jì)，以及采用可逆的粘合劑將解決鋰離子電池回收面對的大部分問題。  

研究人員還提出了如何制定此類法規(guī)的建議，建議擴(kuò)大電池生產(chǎn)廠商的責(zé)任范圍以及回收報(bào)廢電池產(chǎn)品的義務(wù)，并將促使其采用有效回收的方法。