隨著新能源電動車行業的飛速發展，全球對鋰電池的需求呈現大幅度增長。據預測，到2030 年, 全球退役鋰離子電池將達到1100 萬噸以上，中國的退役鋰電池數量也將達到每年萬噸甚至十萬噸量級。

本文來源：微信公眾號 高科技與產業化 ID：hitechcas 作者：向鵬

“鋰電池的正極材料中含有鋰、鈷等貴金屬， 這些稀缺資源必須倍加珍惜，循環利用”，中國科學院院士費維揚曾對《高科技與產業化》記者指出，“而且，只生產不回收，既不符合可持續發展的規律，還會進一步對自然環境產生威脅。我們應當加強先進動力電池的回收技術研發，讓退役鋰電池‘好來好去’”。

與此同時，隨著我國動力電池回收門檻的逐漸提高，產業鏈融合將是未來發展趨勢。但目前該行業的產業鏈仍然缺乏具體有效、可囊括所有環節的一攬子解決方案，產業鏈壁壘林立，難以實現資源高值化。中國電池聯盟高級顧問、綜合部主任楊清雨也對記者表示為，“整個產業鏈包括所有電池應用端、回收渠道、網絡、梯次利用、預處理、材料再利用等多個環節，在這個過程中不可避免地會出現技術壁壘、數據壁壘以及物流壁壘，亟待加強上下游合作。”

深圳清華大學研究院新能源與環保技術研究所所長、教授陳建軍在“第二屆中國高科技產業化高峰會議”上，就上述廢舊鋰電池的綠色回收與資源高值化問題接受本刊采訪，并介紹了技術團隊最新突破性進展。

一面是潛伏危險“火山” 一面是城市礦山

目前市面上的動力鋰電池主要分為三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池。磷酸鐵鋰固有特性是一致性差，存在著低電壓、低容量、低壓實等“三低缺陷”，且容易自放電， 已逐漸被三元鋰電池所部分取代；動力三元鋰電池是目前主流的電動車電池，其能量密度高，但同時危險性也高。“三元也好鐵鋰也好，都有危險，全國各地也發生過多起因燃燒或撞擊而爆炸的事件。廢舊電池回收破碎處理過程中，廢舊電電池一樣會起火燃燒爆炸。” 陳建軍說，“廢舊動力電池是城市快速發展的產物，如果能做到安全破碎，回收過程做到綠色規范處理，就不會給環境造成新的壓力，而且有價組分的品位和價值會非常高，因此我們把它叫做‘城市礦山’，所以非常有必要做好綠色回收與資源高值化利用。”

鋰電回收市場空間巨大。據權威機構統計預測，預計到2023 年，動力電池回收退役規模將達到48GWh，年復合增長率為57%。陳建軍認為：“只要處理得當，沒有垃圾與廢物排放，可完全實現產業鏈閉環。”

數據顯示，2016 年前新能源汽車電池主要以磷酸鐵鋰電池為主，從2014 年開始動力三元鋰電池逐漸占主流，回收占比也開始增加。目前，國內動力磷酸鐵鋰電池回收企業正重點關注濕法冶煉技術，注重提高能源鋰金屬的回收率，廢舊磷酸鐵鋰電池回收碳酸鋰可通過酸溶氧化正極材料，再通過碳酸鹽沉淀的方式制備，可將原有不足60% 的鋰回收率提高到92% 以上，其它成分主要采用堆放方式棄之尾庫存放， 迄今為止，國內外現在尚無企業實現真正的全組分回收利用。三元鋰電池回收主要采用強酸浸取其能源金屬鎳、鈷有價金屬，再通過萃取方式回收制備硫酸鎳鈷鹽或鎳、鈷氫氧化物，采用碳酸鹽沉淀鋰，鋰金屬回收率80% 左右。

有業內人士指出，動力三元鋰電池回收產業鏈向下延伸將獲得更多收益。數據顯示，通過回收材料內部成本結構法分析發現，前驅體和正極材料生產中原材料成本占比達80% 以上。如果產業縱向延伸將帶動毛利率提升，三元電池回收向產業鏈下游延伸則可將毛利率從10%~20% 提高到30%~40%，使企業獲得更多收益。

綠色回收工藝解決傳統回收工藝痛點

目前市場上常見的廢舊鋰電池回收方案主要有三種：一是火法冶金，“不管什么電池、什么型號，都可以丟進爐子里熔融焙燒。金屬外殼鋼、銅、鋁全部融在一塊，有機電解液和石墨都會燃燒。火法冶煉的優點是什么電池都可以，兼容性強；缺點是能耗較高、尾氣污染大、金屬分離難度大。”二是直接回收，“這個處理過程相對簡單，污染少，但對風險程度要求非常高，產品的均一性較低，品質很難把控制。”三是濕法冶金，“把鎳、鈷、錳全部用酸溶解，最后把鎳、鈷等成分萃取出來，做成硫酸鎳鈷等，又能回收成為電池材料或化工原料。濕法冶金需要有較大場地，且產生的廢水量相當大，環保壓力很大，治理成本費用高。”陳建軍介紹道。

為解決傳統電池回收工藝痛點，實現鋰電池安全化、無害化處理，深圳清華大學研究院新能源與環保技術所研發團隊研發了一項綠色回收工藝。與傳統回收工藝相比，其一方面流程短、成本低，“主要是創新了除雜工藝，提高了除雜效率，優選堿浸、酸浸工藝大幅降低了酸堿用量”，另一方面“三廢”少、更環保，“廢氣少、易處理；廢固少，石墨負極廢料、鋁、銅、鋼殼等殘渣都實現綠色回收；幾乎不排放廢水。”陳建軍解釋道，“我們對失效電池先進行安全放電，再實施物理安全破碎。破碎后經過磁選、重選等多項分離工藝，譬如破碎后可從中分離出鋼殼、銅箔、鋁箔、隔膜以及黑粉（正負極混在一起的黑色粉末）， 這個技術已經很成熟，分離得很干凈。”據介紹，這項綠色回收工藝回收的動力磷酸鐵鋰電池，可實現毛利率100% 以上，三元鋰電池回收可實現毛利率78% 以上，實現了“變廢為寶，廢物變為了金山銀山”。“比如其中的鋰100% 回收直接變為了高品質納米磷酸鐵鋰正極材料，水幾乎可以100% 回用。無廢酸排放， 這是這項工藝最大的特點，經國內外科技情報文獻檢索，屬于國內外首創。”陳建軍進一步補充道。

據了解，該團隊目前近30 人，一直從事新能源、新材料、綠色環保等技術研發，在電池綠色合成、綠色回收、循環利用、資源高值化等方面積累了一系列相關技術和產品，與企業展開了多個合作項目，共同開發綠色新產品、綠色新工藝。目前，技術團隊組已完成了22 項綠色回收工藝等相關國家、行業以及團體標準的制訂與編寫，申請了20 多項國家發明專利。

上下游共同持股 打造閉環盈利模式

我國動力電池回收產業鏈包括所有的電池應用端、回收渠道、網絡、梯次利用、預處理、材料再利用等多個環節，技術、數據、物流等壁壘重重，整個電池回收行業亟需加強上下游合作；與此同時，磷酸鐵鋰電池回收成本受材料價格波動影響較大，其回收成本中原材料成本約占26%。業界普遍認為，廢舊磷酸鐵鋰電池的回收成本高于其回收收益，三元材料則有較大盈利空間，提高鋰金屬回收率將能提高回收收入。

據中國電池聯盟發布的《動力電池回收行業報告》統計數據顯示，從成本結構上分析，原材料成本占全部生產成本的80.52%，是成本的主要影響因素；改善回收技術及工藝提高鋰金屬回收率可提高毛利率， 未來若三元電池的鋰金屬回收率提高至90%，回收毛利率將提高至24%。該報告還對鋰電池的梯次利用和回收進行了經濟性測算。儲能梯次利用盈利則受循環次數及峰谷差價等因素影響，從梯次利用電池循環壽命因素來看，當循環壽命大于2000 次時，儲能系統能夠回收成本；從峰谷差價因素來看，當差價在0.7 元/kWh 以上時，顯著縮短回報周期。

“對于磷酸鐵鋰電池，我們的辦法是不單獨提取， 單獨提取出來肯定不賺錢。我們直接把其中的鋰做成產品，讓鋰沒有損耗，形成綜合回收；對于三元鋰電池，我們用簡單的兩三步變出正極材料、三元材料、氫氧化鋁，工藝非常短，基本沒有排放”，陳建軍介紹， “目前正極材料的報廢量大概是20.3 千瓦時，市場空間今年是66 個億，明年大概會到200 多億，到2024 年2025 年大概有800 多億至1000 個億的市場，市場空間非常大。”據了解，前期該綠色回收工藝已分離出多種產品，市場廣闊；再生三元前驅體和磷酸鐵鋰附加值高，實現了資源高值化。

“鋰電池回收上下游密不可分。電池來源于電池生產企業，電池生產企業的材料來源于材料生產企業。我們在回收這個環節，處理得好的產品可以回到電池生產企業去，也就是回到材料生產企業，如此可實現形成一個閉環產業鏈。”陳建軍進一步介紹道，“同時， 我們正在著力打造一個上下游共同持股經營模式。目前上游公司，具有國家工信部和商務部頒發整車拆解資質，也是國家發改委認定的電池回收循環經濟利用唯一示范基地；下游企業則是目前全球石墨負極最大供應商和中國排名前二的磷酸鐵鋰電池正極材料供應商。我們的目的是打造一個上下游共同持股的閉環盈利模式。”

據了解，該技術團隊組獲得了2019 年深圳寶安創新創業大賽新能源節能環保行業一等獎，2019 年中國深圳創新創業大賽新能源節能環保行業一等獎，預期5 年內，完成投資5 億元，實現產值30 億元以上。該技術團隊已經獲得授權批準，建立了廣東省鋰電池電極活性材料工程研究中心、廣東省能源轉化和儲存工程研究中心等創新平臺，獲得了具有對外檢測第三方認可，國際互認的國家實驗室能力認可的CNAS 實驗室。正如陳建軍所言，廢舊鋰電池綠色回收與資源高值化問題既有風險，也是機遇，“肩負歷史使命與社會責任， 把潛伏的火山廢山變為城市礦山金山”。