電池中含多種有害物質(zhì)，隨意廢棄將對生態(tài)出現(xiàn)巨大影響。

　　大量的退役電池將對環(huán)境帶來潛在的威脅，尤其是動力鋰離子電池中的重金屬、電解質(zhì)、溶劑及各類有機物輔料，倘若不經(jīng)合理處置而廢棄，將對土壤、水等造成巨大危害且修復(fù)過程時間長、成本高昂，因此回收需求急切。

　　鋰離子電池里面通常含有的物質(zhì)如下表格，依據(jù)2011版美國有害物質(zhì)列表數(shù)據(jù)，Ni、Co、磷化物得分超過1000.被認為是高危物質(zhì)。倘若廢舊鋰離子電池采取一般的垃圾解決辦法(包括填埋、焚燒、堆肥等)，其中的鈷、鎳、鋰、錳等金屬以及無機、有機化合物必將對大氣、水、土壤造成嚴重的污染，具有極大的危害性。

　　廢舊鋰離子電池中的物質(zhì)倘若進入生態(tài)，可造成重金屬鎳、鈷污染(包括砷)，氟污染，有機物污染，粉塵和酸堿污染。廢舊鋰離子電池的電解質(zhì)及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，如LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、HF、P2O5等，溶劑及其分析和水解產(chǎn)物，如DME、甲醇、甲酸等，都是有毒有害物質(zhì)，可造成人身傷害，甚至死亡。

　　電池材料回收的經(jīng)濟價值，緊要則在于材料再生價值和能量價值再挖掘。

　　這包括了三個方面：

　　1、鋰離子電池在高端用電器上退役以后，仍舊可以滿足部分低端用電器的需求，通常是電動玩具、儲能設(shè)施等，回收后的梯次利用能夠賦予鋰離子電池更多的價值，特別是退役動力鋰離子電池;

　　2、即使電學(xué)性能無法滿足更深層次的使用，但其中所含有的Li、Co、Cu等相對稀有的金屬仍舊具有再生價值;

　　3、由于部分金屬還原耗能與金屬再生能量存在巨大差異，如Al、Ni、Fe，導(dǎo)致金屬回收具有能耗上的經(jīng)濟價值。

　　不同類型鋰離子電池含有不同種類金屬及其比例，1噸傳統(tǒng)消費類的鈷酸鋰離子電池中對應(yīng)約170公斤鈷金屬，而在銅、鋁、鋰方面，含量大都相近。因此，總體來看鈷酸鋰離子電池的回收價值將大于其余類別，如磷酸鐵鋰離子電池和三元鋰離子電池。

　　電芯在動力鋰離子電池成本中占比達到36%，若扣除毛利則電芯占比高達49%;在消費類電池中電芯成本占比更高。而在電芯中，富含鎳鈷錳等金屬元素的正極材料的成本占到了45%。

　　目前，資源化回收過程包括預(yù)解決和后續(xù)解決兩個階段。

　　預(yù)解決是將廢舊鋰離子電池放入食鹽水中放電，除去電池的外包裝，去除金屬鋼殼得到里面的電芯。

　　電芯由負極、正極、隔膜和電解液組成。負極附著在銅箔表面，正極附著在鋁箔表面，隔膜為有機聚合物;電解液附著在正、負極的表面，為LiPF6的有機碳酸酯溶液。

　　后續(xù)解決環(huán)節(jié)是對拆解后的各類廢料中的高價值組分進行回收，開展電池材料再造或修復(fù)，技術(shù)辦法可分為三大類：干法回收技術(shù)、濕法回收技術(shù)和生物回收技術(shù)。

　　干法回收技術(shù)是指不通過溶液等媒介，筆直實現(xiàn)各類電池材料或有價金屬的回收技術(shù)辦法，緊要包括機械分選法和高溫分熱解法。

　　干法熱修復(fù)技術(shù)可對干法回收得到的粗產(chǎn)品進行高溫?zé)嵝迯?fù)，但產(chǎn)出的正、負極材料含有一定雜質(zhì)，性能無法滿足新能源汽車動力鋰離子電池的要求，多用于儲能或小動力鋰離子電池等場景，適合磷酸鐵鋰離子電池。

　　火法冶金，又稱焚燒法或干法冶金，是通過高溫焚燒去除電極材料中的有機粘結(jié)劑，同時使其中的金屬及其化合物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，以冷凝的形式回收低沸點的金屬及其化合物，對爐渣中的金屬采用篩分、熱解、磁選或化學(xué)辦法等進行回收。火法冶金對原料的組分要求不高，適合大規(guī)模解決較復(fù)雜的電池，但燃燒必定會出現(xiàn)部分廢氣污染環(huán)境，且高溫解決對設(shè)備的要求也較高，同時還要新增凈化回收設(shè)備等，解決成本較高。

　　濕法回收技術(shù)是以各種酸堿性溶液為轉(zhuǎn)移媒介，將金屬離子從電極材料中轉(zhuǎn)移到浸出液中，再通過離子交換、沉淀、吸附等手段，將金屬離子以鹽、氧化物等形式從溶液中提取出來，緊要包括濕法冶金、化學(xué)萃取以及離子交換等三種辦法。

　　濕法回收技術(shù)工藝相比較較復(fù)雜，但該技術(shù)對鋰、鈷、鎳等有價金屬的回收率較高;得到的金屬鹽、氧化物等產(chǎn)品，高純度能夠達到加工動力鋰離子電池材料的品質(zhì)要求，適合三元電池，也是國內(nèi)外技術(shù)領(lǐng)先回收公司所采用的緊要回收辦法。

　　生物回收技術(shù)緊要是利用微生物浸出，將體系的有用組分轉(zhuǎn)化為可溶化合物并選擇性地溶解出來，實現(xiàn)目標組分與雜質(zhì)組分分離，最終回收鋰、鈷、鎳等有價金屬。目前生物回收技術(shù)尚未成熟，如高效菌種的培養(yǎng)、培養(yǎng)周期過長、浸出條件的控制等關(guān)鍵問題仍有待處理。

　　當(dāng)前回收效率更高也相對成熟的濕法回收工藝正日漸成為專業(yè)化解決階段的主流技術(shù)路線;格林美、邦普集團等國內(nèi)領(lǐng)先公司，以及AEA、IME等國際龍頭公司，大多采用了濕法技術(shù)路線作為鋰、鈷、鎳等有價金屬資源回收的緊要技術(shù)。

　　濕法技術(shù)進行有價金屬回收后再造得到的正極材料，其比容量這一關(guān)鍵性能指標均優(yōu)于干法技術(shù)修復(fù)后得到的正極材料。

　　有關(guān)三元電池來說，相較于磷酸鐵鋰，它的電池壽命較短，三元材料電池80%循環(huán)壽命僅為800-2000次，且安全性存在一定風(fēng)險，不合適用于儲能電站、通信基站后備電源等使用環(huán)境復(fù)雜的梯次利用范疇。

　　但三元動力鋰離子電池由于含有鎳鈷錳等稀有金屬，通過拆解提取其中的鋰、鈷、鎳、錳、銅、鋁、石墨、隔膜等材料，理論上能實現(xiàn)每噸約莫4.29萬元的經(jīng)濟收益，具備經(jīng)濟可行性。

　　以三元523電池為例，每噸三元電池鎳、鈷、錳、鋰含量約為96、48、32、19千克，目前市場上鎳、鈷、錳的均勻回收率可以達到95%以上，鋰的回收率在70%左右，金屬鋰、鈷、電解鎳和電解錳的市場價格分別為90萬元/噸、60萬元/噸、10萬元/噸和1.2萬元/噸。

　　動力鋰離子電池回收加工出來的硫酸鎳、硫酸鈷、硫酸錳等金屬鹽，可持續(xù)出產(chǎn)解決加工出三元前驅(qū)體，具有分明的增值空間。

　　以硫酸鎳的加工為例，通過廢舊動力鋰離子電池回收解決每噸鎳的成本在4萬元以下，而筆直通過鎳礦加工的成本在6萬元以上。通過資源化回收獲得金屬原料的成本低于筆直從礦產(chǎn)開發(fā)的成本，三元電池的資源化回收具有降低成本的意義。

　　考慮到三元電池回收公司在拆解貴金屬后以硫酸鹽的形態(tài)再銷售給下游公司，銷售價格應(yīng)當(dāng)?shù)陀诩兘饘傩螒B(tài)的市場價格，因此假設(shè)按市價70%的比率折價銷售，則三元電池的拆解收益為34000元/噸，因此到2023年僅三元電池的拆解市場規(guī)模預(yù)期可達54.1億元。

　　成本費用方面，三元電池回收成本緊要由加工成本、各類費用和稅費構(gòu)成。

　　其中，加工成本的構(gòu)成緊要有：

　　材料成本(廢舊電池、液氮、水、酸堿試劑、萃取劑、沉淀劑等)20000元/噸;

　　燃料及動力成本(電能、天然氣、汽油消耗等)650元/噸;

　　環(huán)境治理成本(廢氣、廢水凈化以及廢渣、灰燼解決)550元/噸;

　　設(shè)備成本(設(shè)備維護費、折舊費)500元/噸;

　　人工成本(操作、技術(shù)、運輸人員等工資)400元/噸。

　　分攤的管理人員工資等管理費用和銷售人員、包裝等銷售費用約400元/噸;增值稅、所得稅4000元/噸。

　　則三元電池的拆解成本合計為26500元/噸，按上述收益34000元/噸計算，拆解利潤為7500元/噸，2023年對應(yīng)凈利潤空間料將超10億元。

　　通過原料回收，鎳鈷錳等金屬元素可實現(xiàn)95%以上的回收率，經(jīng)濟效益顯著。經(jīng)由資源化回收，可以加工出鎳、鈷、錳及鋰鹽，甚至進一步產(chǎn)出三元正極材料及前驅(qū)體，筆直用于鋰離子電池電芯制造，具有構(gòu)建產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)的重大意義。

　　磷酸鐵鋰離子電池：梯次利用百億市場潛力巨大

　　而有關(guān)磷酸鐵鋰離子電池來說，就拆解回收而言，目前使用最廣泛的濕法回收磷酸鐵鋰離子電池的成本為8500元/噸左右，而貴金屬再生材料收益僅為8100元左右，因此拆借虧損約400元/噸。

　　因此，磷酸鐵鋰離子電池的回收緊要不是通過拆解而是通過梯次利用。梯次利用可充足發(fā)揮其剩余價值，實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟最大化，降低儲能系統(tǒng)的建設(shè)成本。

　　梯次利用的循環(huán)體系

　　梯次利用指退役動力鋰離子電池經(jīng)過探測、篩選、重組等環(huán)節(jié)，再次用于低速電動汽車、備用電源、電力儲能等運行工況相對良好、對電池性能要求較低的范疇。

　　目前梯次利用的緊要范疇仍在儲能和調(diào)峰。

　　而梯次利用流程首先是對退役動力鋰離子電池的篩選，2014年后投運的動力鋰離子電池保守預(yù)計能夠梯級利用比例可達60%-70%。

　　然后是組串式使用，將每輛電動汽車上拆下來的一套動力鋰離子電池包作為單獨的單元，配以中小功率的儲能逆變器，形成一個基本的儲能單元，再將多個儲能基本單元集成在一起形成中大型儲能功率系統(tǒng)。

　　第三是充放電管理，目前的“削峰填谷”項目，以我國鐵塔為例，其鐵塔備電、削峰填谷站等儲備電量需求約8800kWh(目前緊要使用壽命短、能量密度低、價格低的鉛酸蓄電池)，而隨著環(huán)保、效率等要求之下，對鉛酸蓄電池的替代料將為動力鋰離子電池梯次利用打開巨大的需求缺口。

　　目前以PACK(電池組，即多級串并聯(lián)電池構(gòu)成模組)+bMS(電池管理系統(tǒng))為主的梯次利用技術(shù)是較為主流的選擇。

　　PACK工序分為出產(chǎn)、組裝、包裝三大部分，其核心是將多個單一的電芯通過機械結(jié)構(gòu)串聯(lián)和并聯(lián)起來形成電池組。

　　詳盡操作過程中由于要考慮整個電池組的機械強度、系統(tǒng)匹配等問題，要涉及熱管理、電流控制與測試、模組拼裝設(shè)計以及計算機虛擬開發(fā)等大量的成熟技術(shù)相互交織協(xié)作，是梯次利用過程中的高門檻環(huán)節(jié)。

　　bMS電池管理系統(tǒng)的緊要功能是智能化管理及維護各個電池單元，戒備電池出現(xiàn)過充電和過放電，并實時監(jiān)控電池狀態(tài)，從而起到保護電池使用壽命的用途。

　　bMS是管理系統(tǒng)、控制、顯示、通信、信息采集模組的集合，起到了銜接整車、電池和整個電池系統(tǒng)的紐帶用途，有關(guān)電池廠商而言，bMS體現(xiàn)了廠商的核心技術(shù)競爭力，而有關(guān)動力鋰離子電池梯次利用而言，bMS則決定了再利用電池的適用范圍、壽命和整體價值。

　　狹義的梯次利用僅指電池的重組再利用，而當(dāng)前磷酸鐵鋰離子電池的梯次利用回收利用體系已經(jīng)形成，其內(nèi)涵已經(jīng)成為圍繞著可利用資源展開的全周期、多層次的利用：當(dāng)車輛進入報廢期后(一般車的使用壽命比電池長)，將經(jīng)歷：

　　(1)高性能電池篩選：車企、汽車拆解廠和部分回收公司會將報廢電池中一致性較高、性能相對較好的電池通過測試等方式篩選出來，配組或委托其他公司配組為電池包，進而出售給下游以我國鐵塔為代表的梯次利用公司。

　　(2)拆解：有關(guān)狀態(tài)較差、沒有筆直利用價值的電池，多數(shù)會歸集到第三方回收公司手中，回收公司利用物理法或濕法進行拆解再利用，將其中的銅、鋁、隔膜等原材料提取并筆直銷售，磷酸鐵鋰離子電池的正極材料粉、負極材料粉將進入修復(fù)階段。

　　(3)修復(fù)：修復(fù)的目的是為了將磷酸鐵鋰的材料粉進一步提純，以獲得更高的售價。同時，梯次利用后退役的電池將同樣接收拆解/修復(fù)等流程，實現(xiàn)多維度的層層利用。

　　整個循環(huán)流程中，一般的回收公司有三個盈利點，即

　　(1)出售初次篩選狀態(tài)較好、能夠筆直梯次利用的電池;

　　(2)出售拆解后的原材料;

　　(3)出售修復(fù)過的正/負極材料。

　　但目前梯次利用由于技術(shù)和商業(yè)化兩方面問題。從技術(shù)角度來看，由于動力鋰離子電池一致性較差、壽命不一，bMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)將會和電池實際狀況發(fā)生背離，從而使進行梯次利用過程中面對安全、產(chǎn)品品質(zhì)等方面的挑戰(zhàn)。

　　從商業(yè)化角度來看，一方面目前梯次利用的產(chǎn)物標準化程度相對較低，另一方面因為電池型號不一，配組時要的電池量基數(shù)將很大，則篩選、配組和出產(chǎn)成本仍相對較高，惟有少數(shù)技術(shù)成熟的公司才能獲取經(jīng)濟效益。

　　盡管如此，目前已經(jīng)有多家行業(yè)龍頭與我國鐵塔等下游利用公司達成了研究和使用的戰(zhàn)略合作協(xié)議，隨著動力鋰離子電池各類標準的不斷出臺和執(zhí)行，電池的一致性將大幅提高，而緊密的合作關(guān)系將使梯次利用的使用問題在將來迎刃而解。

　　從經(jīng)濟性方面考量，通過測算磷酸鐵鋰離子電池的梯次利用空間。

　　假設(shè)使用PACK+bMS技術(shù)進行梯次利用，PACK的成本約莫在0.3元/Wh，bMS成本在0.1元/Wh，廢舊磷酸鐵鋰離子電池回收成本在0.05元/Wh，磷酸鐵鋰離子電池梯次利用成本合計約為0.45元/Wh，梯次利用的收益為0.6元/Wh。

　　假設(shè)磷酸鐵鋰離子電池的能量密度為110Wh/kg，回收廢舊電池的能量衰減至70%，梯次利用的收益空間有望在2023年超過50億元。

　　不管是梯級利用，還是拆解，我們都可以看到了一個新的藍海，在將來幾年會逐步打開，抓住這個機遇的人，一定可以會有不少斬獲。