近年來,在國家相關政策的大力推動下,我國新能源汽車產業迎來爆發式增長,已成為全球最大的新能源汽車市場。然而,大量新能源汽車投入市場的同時,動力電池報廢量也將急劇增長,從而引發新的行業思考——退役電池該何去何從?

我國新能源汽車市場從2012年開始迅猛增長,到2016年年產量已經突破50萬輛,預計2017年銷量將突破70萬輛。根據新能源汽車動力電池5-8年的報廢年限,業內研究機構預測,到2020年報廢量將達到24.8萬噸,而2016年實際拆解回收不足1萬噸。從經濟角度出發,廢舊動力鋰電池中回收鈷、鎳、錳、鋰、鐵和鋁等金屬所創造的回收市場規模在2018年將超過53億元,2020年將超過100億元,2023年廢舊動力鋰電池市場將達250億元。

由于動力電池中正極材料、電解質處理不當會對環境造成巨大污染,同時,我國又必須通過回收利用來緩解對鈷等稀缺金屬的嚴重對外依賴。所以,動力電池回收將成為我國新能源汽車發展的關鍵。為迎接即將來臨的電池“報廢潮”,先進儲能材料國家工程研究中心(以下簡稱:國家工程中心)從2013年到2017年,利用自建的回收試驗平臺,采用濕法冶金和火法冶金兩種方案,通過多批次中試試驗,取得了產業化所需要數據,并進行了技術經濟分析,得出這兩種工藝均可應用于回收產業化的結論。

國家工程中心經國家發改委批準,由科力遠聯合中南大學、金川集團、湖南瑞翔新材料等單位共同籌建,研究團隊由鐘發平博士領銜,匯集中國科學院院士2人,中國工程院院士3人,長江學者特聘教授2人,國家級突出貢獻專家近20人,是我國在先進儲能技術及關鍵儲能材料領域唯一的國家級工程中心。

濕法冶金方案通過拆解、浸出—萃取等工藝流程使廢舊電池“物盡其用”。

國家工程中心從電池拆解設備入手,集中多方優勢開發了高效安全的全自動電池拆解設備(電池脫殼機、破碎機、分選機),申請拆解設備發明專利4件,并參與起草有色行標《廢舊電池破碎分選回收技術規范》。經拆解設備處理,圓形電池可拆解為鋼殼、鐵材料、活性物質粉、鎳材料、隔膜五類材料,方形電池經可拆解為鐵材料、活性物質粉、鎳材料、隔膜、塑料外殼五類材料。其中鋼殼、鐵材料可直接外售,活性物質粉、鎳材料等為浸出-萃取的原材料。在效率上,拆解設備產能為300kg/h,拆解過程中,鎳、鈷、稀土的綜合回收率超過了99.7%,并極大地節約了回收成本。

在浸出-萃取技術上,國家工程中心已建成浸出-萃取中試線,并在工藝上已申請濕法工藝發明專利6件。經拆解獲得的鎳材料、活性物質粉及隔膜(塑料)等電芯材料,在通過浸出-萃取線工藝后,鎳、鈷、稀土得到進一步的回收利用。

回收品質值得信賴,經過中試線多次50Kg/批的中試規模驗證,濕法回收制備的硫酸鎳滿足國標GBT/26524-2011-II類產品要求及國內標桿企業要求;氯化鈷符合國標GB/T26525-2011一等品要求;稀土鹽滿足包鋼稀土企業標準,均可直接外售。

火法冶金方案是對濕法冶金方案的有利補充。

國家工程中心通過對預處理方式、電池低冰鎳配比、熔煉溫度、保溫時間等條件摸索,確定了擠壓破殼-造锍熔煉的火法冶金工藝方案,完成鎳、鈷金屬的綜合回收率大于97%,并申請了4件火法工藝發明專利。經過金川鎳鈷研究院80KVA電弧爐的驗證,低鎳硫和廢舊鎳氫電池經處理后產生的新低鎳锍,可作為造锍吹煉原料,吹煉產生高鈷鎳锍,經過濕法冶金可處理成鎳產品和鈷產品。

造锍吹煉

電池報廢量的急劇上升并不是“末日”,反而更像是一種契機。動力電池回收產業作為新能源市場的一塊“香餑餑”,勢必引起新的市場競爭。國家工程中心將繼續以技術突破為核心,不斷完善動力電池回收體系,讓退役電池“有家可回”,在搶占電池回收領域“制高點”的同時,更為中國環保事業做出應有的貢獻。