一、*離子電池的生產與使用

　　*離子電池具有高能量密度、高電壓、自放電小、循環(huán)性能好、操作安全等優(yōu)勢，并且對自然環(huán)境相對友好，因此被廣泛應用于電子產品，如手機、平板電腦、筆記本電腦和數碼相機等。此外，*離子電池在水力、火力、風力和太陽能等儲能電源系統方面具有廣泛應用，并逐漸成為動力電池的最佳選擇。**鐵*材料電池的出現，推動了*離子電池在電動車行業(yè)的發(fā)展和應用。隨著人們對電子產品的需求逐步增大和電子產品更新換代的速度逐步加快，并且受新能源汽車飛速發(fā)展的影響，全球市場對*離子電池的需求越來越大，電池產量的增速逐年增加。

　　市場對*離子電池的巨大需求，一方面導致未來將會出現大量廢舊電池，這些廢舊*離子電池如何**才能減輕其對環(huán)境的影響，是亟待解決的問題;另一方面，為應對市場的巨大需求，廠家需要生產大量的*離子電池來供應市場。目前，生產*離子電池的正極材料主要包括鈷酸*、*酸*、鎳鈷*酸*三元材料和**亞鐵*等，因此廢舊*離子電池中含有較多的鈷(Co)、*(Li)、鎳(Ni)、*(Mn)、銅(Cu)、鐵(Fe)等金屬資源，當中包含多種稀有金屬資源，鈷在我國更是屬于稀缺戰(zhàn)略金屬，主要以進口的方式滿足日益增長的需求。廢舊*離子電池中的部分金屬含量比天然礦石中的金屬含量高，因此在生產資源日益短缺情況下，回收**廢舊電池具有一定的經濟價值。

　　二、 *離子電池回收**技術

　　廢舊*離子電池的回收**過程主要包括預**、二次**和深度**。由于廢舊電池中仍殘留部分電量，所以預**過程包括深度放電過程、破碎、物理分選;二次**的目的在于實現正負極活性材料與基底的完全分離，常用熱**法、有機溶劑溶解法、**溶解法以及電解法等來實現二者的完全分離;深度**主要包括浸出和分離提純2個過程，提取出有價值的金屬材料。按提取工藝分類，電池的回收方法主要可分為：干法回收、濕法回收和生物回收3大類技術。

　　1.干法回收

　　干法回收是指不通過溶液等媒介，直接實現材料或有價金屬的回收。其中，主要使用的方法有物理分選法和高溫熱解法。

　　(1)物理分選法

　　物理分選法是指將電池拆解分離，對電極活性物、集流體和電池外殼等電池組分經破碎、過篩、磁選分離、精細粉碎和分類，從而得到有價值的高含量的物質。Shin等 提出的一種利用**和****從*離子電池廢液中回收Li、Co的方法中，包括物理分離含金屬顆粒和化學浸出2個過程。其中，物理分離過程包括破碎、篩分、磁選、細碎和分類。實驗利用一組旋轉和固定葉片的破碎機進行破碎，利用不同孔徑的篩子分類破碎物料，并利用磁力分離，做進一步**，為后續(xù)化學浸出過程做準備。

　　Shu等在Zhang等、Lee等以及Saeki等研發(fā)的研磨技術和水浸除工藝的基礎上，開發(fā)一種利用機械化學方法從**電池廢料中回收鈷和*的新方法。該方法利用行星式球磨機在空氣中共同研磨鈷酸*(LiCoO2)與聚**烯(PVC)，以機械化學地方式形成Co和***(LiCl)。隨后，將研磨產物分散在水中以萃取**物。研磨促進了機械化學反應。隨著研磨的進行，Co和Li的提取收率都得到提高。30min的研磨使得回收了超過90%的Co和近100%的*。同時，PVC樣品中約90%的*已經轉化為無機**物。

　　物理分選法的操作較簡單，但是不易完全分離*離子電池，并且在篩分和磁選時，容易存在機械夾帶損失，難以實現金屬的完全分離回收。

　　(2)高溫熱解法

　　高溫熱解法是指將經過物理破碎等初步分離**的*電池材料，進行高溫培燒分解，將有機粘合劑去除，從而分離*電池的組成材料。同時還可以使*電池中的金屬及其化合物氧化還原并分解，以蒸汽形式揮發(fā)，然后再用冷凝等方法收集。

　　Lee等利用廢舊*離子電池制備LiCoO2時，采用了高溫熱解*。*ee等首先將LIB樣品在馬弗爐中100～150℃的環(huán)境下熱**1h。其次，將經熱**的電池切碎以釋放電極材料。樣品用專為該研究設計的高速粉碎機進行拆解，按照大小分類，大小范圍為1～50mm。然后，在爐中進行2步熱**，第一次在100～500℃下熱**30 min，第二次在300～500℃下熱**1h，通過振動篩選將電極材料從集流體中釋放出來。接下來，通過在500～900℃的溫度下燒0.5～2h，燒掉碳和粘合劑，獲得陰極活性材料LiCoO2。實驗數據表明，碳和粘合劑在800℃時被燒掉。

　　高溫熱解法**技術工藝簡單，操作方便，在高溫環(huán)境下反應速度快，效率高，能夠有效去除粘合劑;并且該方法對原料的組分要求不高，比較適合**大量或較復雜的電池。但是該方法對設備要求較高;在**過程中，電池的有機物分解會產生有害氣體，對環(huán)境不友好，需要增加凈化回收設備，吸收凈化有害氣體，防止產生二次污染。因此，該方法的**成本較高。

　　2.濕法回收

　　濕法回收工藝是將廢棄電池破碎后溶解，然后利用合適的化學試劑，選擇性分離浸出溶液中的金屬元素，產出高品位的鈷金屬或碳酸*等，直接進行回收。濕法回收**比較適合回收化學組成相對單一的廢舊*電池，其設備投資成本較低，適合中小規(guī)模廢舊*電池的回收。因此，該方法目前使用也比較廣泛。

　　(1)*-酸浸法

　　由于*離子電池的正極材料不會溶于**中，而基底**會溶解于**中，因此該方法常用來分離**。張陽等在回收電池中的Co和Li時，預先用*浸除鋁，然后再使用稀酸液浸泡破壞有機物與銅箔的粘附。但是*浸法并不能完全除去PVDF，對后續(xù)的浸出存在不利影響。

　　*離子電池中的大部分正極活性物質都可溶解于酸中，因此可以將預先**過的電極材料用酸溶液浸出，實現活性物質與集流體的分離，再結合中和反應的原理對目的金屬進行沉淀和純化，從而達到回收高純組分的目的。

　　酸浸法利用的酸溶液有傳統的無機酸，包括**、**和**等。但是由于在利用無機強酸浸出的過程中，常常會產生**(Cl2)和****(SO3)等對環(huán)境有影響的有害氣體，因此研究人員嘗試利用有機酸來**廢舊*電池，如檸檬酸、**、蘋果酸、抗壞血酸、甘*酸等。Li等利用**溶解回收的電極。由于酸浸過程的效率可能受*離子(H+)濃度、溫度、反應時間和固液比(S/L)的影響，為了優(yōu)化酸浸工藝的操作條件，設計了實驗來探討反應時間、H+濃度和溫度的影響。實驗數據表明，當溫度為80℃時，H+濃度為4 mol/L，反應時間為2h，浸出效率最高，其中，電極材料中97%的Li和99%的Co被溶解。周濤等采用蘋果酸作浸出劑和雙氧水作還原劑對預**得到的正極活性物質進行還原浸出，并通過研究不同反應條件對蘋果酸浸出液中Li、Co、Ni、Mn浸出率的影響，從而找出最佳反應條件。研究數據表明，當溫度為80℃，蘋果酸濃度為1.2 mol/L，液液體積比為1.5%，固液比40 g/L，反應時間30 min時，利用蘋果酸浸出的效率最高，其中Li、Co、Ni、Mn浸出率分別達到了98.9%，94.3%，95.1%和96.4%。但是，相較于無機酸，利用有機酸浸出成本較高。

　　(2)有機溶劑萃取法

　　有機溶劑萃取法利用“相似相容”的原理，使用合適的有機溶劑，對有機粘結劑進行物理溶解，從而減弱材料與箔片的粘合力，對二者進行分離。

　　Contestabile等在回收**鈷酸*電池時，為了更好地回收電極的活性材料，利用N-*****酮(NMP)對組分進行選擇性分離。NMP是PVDF的良好溶劑(溶解度大約為200 g/kg)，并且其沸點較高，約200℃。研究利用NMP在大約100℃下對活性材料**1h，有效實現了薄膜與其載體的分離，并因此通過將其從NMP(N-*****酮)溶液中簡單地過濾出來，從而回收金屬形式的Cu和Al。該方法另一個好處是回收的Cu和Al兩種金屬在充分清潔后可以直接重新使用。此外，回收的NMP可以循環(huán)使用。因為其在PVDF中的高溶解度，所以可以被多次重復使用。Zhang等在回收*離子電池用陰極廢料時，采用****(TFA)將陰極材料與**分離。實驗所用的廢舊*離子電池使用聚四***(PTFE)作為有機粘合劑，系統地研究了TFA濃度、液固比(L/S)、反應溫度和時間對陰極材料和**分離效率的影響。實驗結果表明，在質量分數為15的TFA溶液中，液固比為8.0 mL/g，反應溫度為40℃時，在適當的攪拌下反應180 min，陰極材料可以完全分離。

　　采用有機溶劑萃取法來分離材料與箔片的實驗條件比較溫和，但是有機溶劑具有一定的毒性，對操作人員的身體健康可能會產生危害。同時，由于不同廠家制作*離子電池的工藝不同，選擇的粘結劑有所差異，因此針對不同的制作工藝，廠家在回收**廢舊*電池時，需要選擇不同的有機溶劑。此外，對于工業(yè)水平的大規(guī)模回收**操作，成本也是一個重要的考量。因此，選擇一種來源廣泛、價格適宜、低毒無害、適用性廣的溶劑非常重要。

　　(3)離子交換法

　　離子交換法是指用離子交換**對要收集的金屬離子絡合物的吸附系數的不同來實現金屬分離提取。王曉峰等在將電極材料經過酸浸**過后，在溶液中加入適量**，調節(jié)溶液的pH值，與溶液中的金屬離子發(fā)生反應，生成[Co(NH3)6]2+，[Ni(NH3)6]2+等絡合離子，并連續(xù)向溶液中通入純氧氣進行氧化。然后，使用不同濃度的*****反復通過弱酸性陽離子交換**，分別選擇性的將離子交換**上的鎳絡合物和三價鈷*絡合物洗脫下來。最后使用5%的H2SO4溶液將鈷絡合物完全洗脫，同時使陽離子交換**再生，并利用**鹽分別將洗脫液中的鈷、鎳金屬回收。離子交換法的工藝簡單，比較容易操作。

　　3.生物回收

　　Mishra等利用無機酸和嗜酸氧化亞鐵*桿菌從廢舊*離子電池中浸出金屬，并利用S和亞鐵離子(Fe2+)，在浸出介質中生成H2SO4、Fe3+等代謝產物。這些代謝物幫助溶解廢電池中的金屬。研究發(fā)現鈷的生物溶解速度比*快。隨著溶解過程的進行，鐵離子與殘余物中的金屬發(fā)生反應而沉淀，導致溶液中的亞鐵離子濃度減少，并隨著廢物樣品中金屬濃度增加，細胞的生長被阻止，溶解速率變慢。此外，較高的固/液比也影響金屬溶解的速率。Zeng等利用嗜酸氧化亞鐵*桿菌生物浸出廢舊*離子電池中的金屬鈷，與Mishra等不同，該研究以銅作為催化劑，分析銅離子對嗜酸氧化亞鐵*桿菌對LiCoO2生物浸出的影響。結果表明，幾乎所有的鈷(99.9%)在Cu離子濃度為0.75g/L時，生物浸出6天后進入溶液，而在沒有銅離子的情況下，經過10天的反應時間，僅有43.1%的鈷溶解。在銅離子存在的情況下，廢*離子電池的鈷溶解效率提高。此外，Zeng等還研究了催化機理，解釋了銅離子對鈷的溶解作用，其中LiCoO2與銅離子發(fā)生陽離子交換反應，在樣品表面形成鈷酸銅(CuCo2O4)，易被鐵離子溶解。

　　生物浸出法的成本低，回收效率高，污染和消耗少，對環(huán)境的影響也較小，并且微生物可以重復利用。但是高效微生物菌類培養(yǎng)難，**周期長，浸出條件的控制等是該方法需要的幾大難題。

　　4.聯合回收方法

　　廢舊*電池回收工藝各有優(yōu)劣，目前已經有聯合并優(yōu)化多種工藝的回收方法研究，以充分發(fā)揮將各種回收方法的優(yōu)勢，實現經濟利益最大化。

中國新能源汽車產銷三連冠舉世矚目，但少有人注意到，新能源汽車核心的動力電池用量，也一同水漲船高。

而在首批進入市場的汽車動力電池即將進入報廢期之際，如何妥善處置這些退役動力電池，迫切需要解決方案。

近日，工信部、科技部、環(huán)保部、交通運輸部、商務部、質檢總局、能源局印發(fā)《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》（以下簡稱《辦法》），強調落實生產者責任延伸制度，明確汽車生產企業(yè)承擔動力蓄電池回收的主體責任?！掇k法》將自今年8月1日起施行。

與此同時，《辦法》鼓勵開展梯次利用和再生利用，推動動力蓄電池回收利用模式創(chuàng)新等，為新能源汽車動力蓄電池回收利用行業(yè)健康發(fā)展**重要保障。

《辦法》公布后，工信部、科技部、環(huán)保部、交通部、商務部、質檢總局、能源局又印發(fā)了《新能源汽車動力蓄電池回收利用試點實施方案》，決定在京津冀、長三角、珠三角、中部區(qū)域等選擇部分地區(qū)，開展新能源汽車動力蓄電池回收利用試點工作。

這一連串的舉措，無疑在國家層面將新能源汽車退役動力電池的回收利用提上了工作日程。

6萬噸電池報廢

隨著新能源汽車產業(yè)的快速發(fā)展，我國已成為世界第一大新能源汽車產銷國，動力蓄電池產銷量也逐年攀升。

中國汽車研究中心數據資源中心數據顯示，2009~2012年新能源汽車共推廣1.7萬輛，裝配動力蓄電池約1.2GWh。2013年后，新能源汽車大規(guī)模推廣應用，截至2017年底累計推廣新能源汽車180多萬輛，裝配動力蓄電池約86.9GWh。

一般情況下，新能源乘用車動力電池使用年限為 5～6 年，商用車動力電池甚至 2～3 年就會退役。這意味著從2018年開始，我國將會有大量的動力電池進入報廢期。

中國汽車研究中心數據資源中心、回收利用部副部長李龍輝對《財經國家周刊》記者說，從企業(yè)質保期限、電池循環(huán)壽命、車輛使用工況等方面綜合測算，2018年后新能源汽車動力蓄電池將進入規(guī)?；艘?，預計到2020年累計將超過20萬噸（24.6GWh），如果按70%可用于梯次利用，大約有累計6萬噸電池需要報廢**。

我國車用動力電池大多為*離子電池，雖然不含*、*、鉛等毒害性較大的重金屬元素，但如此大規(guī)模的廢舊*離子電池若**不當，仍將對環(huán)境造成極大污染。

邦普集團副總裁兼汽車循環(huán)事業(yè)部總經理余海軍說，目前國內報廢的動力電池主要有三種去向：以“梯次利用”為名的高價二手回收商獲取20%，正規(guī)回收企業(yè)獲取30%，剩余50%都是通過高價競拍（比合規(guī)回收企業(yè)出價高出數十倍）獲取，之后流向不知所蹤。

“新能源汽車動力蓄電池退役后，如果處置不當，隨意丟棄，不僅存在著環(huán)境和安全隱患，還會造成寶貴資源的浪費。”李龍輝認為，推動新能源汽車動力蓄電池回收利用，有利于保護環(huán)境和社會安全，推進資源循環(huán)利用，有利于促進我國新能源汽車產業(yè)健康持續(xù)發(fā)展。

規(guī)?；厥针y題

在一些業(yè)界人士看來，《辦法》的**可謂一場及時雨。政策先行、技術護航，動力電池的回收**算是正式納入監(jiān)管體系。

深圳比克電池公司戰(zhàn)略規(guī)劃中心副總裁李丹告訴《財經國家周刊》記者，目前，市場上已有不少電池企業(yè)布局動力電池的回收利用業(yè)務。

以比克電池為例，電池達到使用壽命后，比克電池將對其進行回收，退役的電池將會送到船舶廠作為儲能電池開始第二個生命周期的使用，同時比克電池也會在工廠做基站，利用波峰和波谷進行電量儲存。

而對于失去使用價值的電芯，比克電池將進行單體拆解，通過萃取等手段回收有價值元素，進行回收再利用及無害化**，減小對于環(huán)境的壓力，也將產業(yè)鏈形成一個閉環(huán)。

李丹說，“比克電池希望聯合政府、整車廠等相關產業(yè)，打造一個從電池、整車，到后市場的完善生態(tài)鏈條，對動力電池做到物盡其用。”

但由于前期具體管理制度尚未**，電池企業(yè)在動力電池的回收和再利用實際操作過程中面臨諸多困難，動力電池回收市場也長期處于無序狀態(tài)。

今年全國兩會期間，全國人大代表、天能集團董事長張?zhí)烊螌γ襟w說：“調查顯示，有正規(guī)手續(xù)的企業(yè)在地方落地很難。很多地方政府不太歡迎電池回收項目，稅收少、就業(yè)少，又擔風險。”

工信部在《辦法》的解讀中也提到，動力蓄電池回收利用作為一個新興領域，目前處于起步階段，面臨著一些突出的問題和困難：一是回收利用體系尚未形成；二是回收利用技術能力不足；三是激勵政策措施保障少。

為此，在具體的電池回收上，《辦法》規(guī)定，汽車企業(yè)將負責新能源汽車動力電池的回收。同時，鼓勵社會資本發(fā)起設立產業(yè)基金，探索動力蓄電池殘值交易等市場化模式，促進動力蓄電池回收利用。

需要多部門聯動合力

按照《辦法》相關規(guī)定，電池生產企業(yè)應與汽車生產企業(yè)對電池進行編碼。在張?zhí)烊慰磥?，這個方法還有待改進的地方。

“一旦電池變形或編碼被任意涂改后，將無法進行掃碼。同時，如果全過程采用掃碼方式，也將耗費大量的人力和物力。”張?zhí)烊握f。

李龍輝認為，為確保全生命周期溯源管理有效實施，后期應盡快制定發(fā)布相應的溯源管理要求，細化各環(huán)節(jié)的主體操作要求和流程，充分考慮企業(yè)的實際情況，運用信息化平臺等工具，以便企業(yè)高效便捷地完成信息采集等。

此外，李龍輝認為，《辦法》在具體實施過程中還要注意避免幾個問題：一是要避免回收體系建設的低效問題；二是要避免溯源管理流于形式的問題；三是要避免有要求無監(jiān)管的問題；四是要避免互相推諉，履責不力的問題。

他進一步表示，由于動力蓄電池回收利用管理涉及多環(huán)節(jié)多主體，需要各有關主管部門建立信息共享和聯動機制，在各自職責范圍內開展監(jiān)督管理，形成合力，并對違規(guī)情況進行相應處罰。

中國電動汽車百人會研究咨詢部部長張成斌認為，不僅要研究電池標準化并落實可追溯體系，加大回收再利用關鍵技術研發(fā)，還要鼓勵商業(yè)模式創(chuàng)新試點，對具有推廣價值的循環(huán)經濟發(fā)展模式進行復制，落實動力電池回收再利用體系建設，同時避免一些投機企業(yè)為了補貼跟風進入這個行業(yè)。

在他看來，國家還應制定和實施動力電池回收獎懲措施。比如，對未按照回收政策履行責任義務的企業(yè)進行行政和經濟處罰，甚至與車輛公告和電池目錄掛鉤；對電池回收企業(yè)和電池再利用企業(yè)按照電池套數、容量等方式進行補貼、稅收優(yōu)惠，保證回收再利用企業(yè)的經濟性；對消費者可采用押金和獎勵并行制度，消費者主動上交廢舊電池時，退回押金并增加額外補償等。