近年来,在国家相关政策的大力推动下,我国新能源汽车产业迎来爆发式增长,已成为全球最大的新能源汽车市场。然而,大量新能源汽车投入市场的同时,动力电池报废量也将急剧增长,从而引发新的行业思考——退役电池该何去何从?

我国新能源汽车市场从2012年开始迅猛增长,到2016年年产量已经突破50万辆,预计2017年销量将突破70万辆。根据新能源汽车动力电池5-8年的报废年限,业内研究机构预测,到2020年报废量将达到24.8万吨,而2016年实际拆解回收不足1万吨。从经济角度出发,废旧动力锂电池中回收钴、镍、锰、锂、铁和铝等金属所创造的回收市场规模在2018年将超过53亿元,2020年将超过100亿元,2023年废旧动力锂电池市场将达250亿元。

由于动力电池中正极材料、电解质处理不当会对环境造成巨大污染,同时,我国又必须通过回收利用来缓解对钴等稀缺金属的严重对外依赖。所以,动力电池回收将成为我国新能源汽车发展的关键。为迎接即将来临的电池“报废潮”,先进储能材料国家工程研究中心(以下简称:国家工程中心)从2013年到2017年,利用自建的回收试验平台,采用湿法冶金和火法冶金两种方案,通过多批次中试试验,取得了产业化所需要数据,并进行了技术经济分析,得出这两种工艺均可应用于回收产业化的结论。

国家工程中心经国家发改委批准,由科力远联合中南大学、金川集团、湖南瑞翔新材料等单位共同筹建,研究团队由钟发平博士领衔,汇集中国科学院院士2人,中国工程院院士3人,长江学者特聘教授2人,国家级突出贡献专家近20人,是我国在先进储能技术及关键储能材料领域唯一的国家级工程中心。

湿法冶金方案通过拆解、浸出—萃取等工艺流程使废旧电池“物尽其用”。

国家工程中心从电池拆解设备入手,集中多方优势开发了高效安全的全自动电池拆解设备(电池脱壳机、破碎机、分选机),申请拆解设备发明专利4件,并参与起草有色行标《废旧电池破碎分选回收技术规范》。

经拆解设备处理,圆形电池可拆解为钢壳、铁材料、活性物质粉、镍材料、隔膜五类材料,方形电池经可拆解为铁材料、活性物质粉、镍材料、隔膜、塑料外壳五类材料。其中钢壳、铁材料可直接外售,活性物质粉、镍材料等为浸出-萃取的原材料。在效率上,拆解设备产能为300kg/h,拆解过程中,镍、钴、稀土的综合回收率超过了99.7%,并极大地节约了回收成本。

在浸出-萃取技术上,国家工程中心已建成浸出-萃取中试线,并在工艺上已申请湿法工艺发明专利6件。经拆解获得的镍材料、活性物质粉及隔膜(塑料)等电芯材料,在通过浸出-萃取线工艺后,镍、钴、稀土得到进一步的回收利用。

回收品质值得信赖,经过中试线多次50Kg/批的中试规模验证,湿法回收制备的硫酸镍满足国标GBT/26524-2011-II类产品要求及国内标杆企业要求;氯化钴符合国标GB/T26525-2011一等品要求;稀土盐满足包钢稀土企业标准,均可直接外售。

火法冶金方案是对湿法冶金方案的有利补充。

国家工程中心通过对预处理方式、电池低冰镍配比、熔炼温度、保温时间等条件摸索,确定了挤压破壳-造锍熔炼的火法冶金工艺方案,完成镍、钴金属的综合回收率大于97%,并申请了4件火法工艺发明专利。经过金川镍钴研究院80KVA电弧炉的验证,低镍硫和废旧镍氢电池经处理后产生的新低镍锍,可作为造锍吹炼原料,吹炼产生高钴镍锍,经过湿法冶金可处理成镍产品和钴产品。

造锍吹炼

电池报废量的急剧上升并不是“末日”,反而更像是一种契机。动力电池回收产业作为新能源市场的一块“香饽饽”,势必引起新的市场竞争。国家工程中心将继续以技术突破为核心,不断完善动力电池回收体系,让退役电池“有家可回”,在抢占电池回收领域“制高点”的同时,更为中国环保事业做出应有的贡献。

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