鋰離子電池回收的問題以及如何解決

蓄電池回收

有關電池制造商來說，電池回收利用并不是其業務優先考慮的重點，但是確實有一些回收解決方法。鋰離子電池的回收在技術上是可行的，但要對其方法和措施進行改進。

電池結構的多樣性導致大多數電池回收廠商只能使用火法冶金的方法提取鈷，并使其他電池材料的回收過程變得復雜。  

鋰離子電池回收面對的挑戰應該在其設計階段解決。不過到目前為止，電池生產廠商更加重視的是電池的安全性、功率密度、可循環性。  

來自萊斯特大學、紐卡斯爾大學和伯明翰大學、法拉第研究所、ReCell中心以及美國阿貢國家實驗室的研究人員對鋰離子電池的回收設計進行了研究，并將他們的研究結果發表在《綠色化學》雜志上，其報告名稱為《鋰離子電池回收設計的重要性關鍵評論》。  

研究人員在論文中指出，“要使電池具有循環經濟性，重要的是要減少電池組件數量，二次加工（回收）的成本通常比一次加工（原料提取）要低，其純化流程以及收集和回收隔離機制更加簡單，假如電池材料沒有進行更好地回收利用，將會對環境出現重大影響，因此通常強制要求電池廠商進行回收利用。”

鉛酸電池的回收

鉛酸電池可以滿足這樣的回收要求，這就是日本、美國和歐洲大部分國家的鉛酸電池回收率接近100%的重要原因。鉛酸電池設計簡單，其重要材料是聚丙烯外殼、電解液以及由鉛制成的電極。考慮到鉛和聚丙烯的密度值分別為11.3克/立方厘米和0.9克/立方厘米，采用密度分離組分的方法相對簡單。  

鋰離子電池中陰極和集流體的相似密度值使類似方法無法實現。因此，鋰離子電池要諸如氧化還原反應、溶解性或利用靜電和磁性方法分離電池材料等方法。  

缺乏化學成分的標簽是難以有效制定回收電池制度的另一個重大障礙。與鉛酸電池不同，鋰離子電池具有多種化學和結構，例如NCA、NMC、LMO、LCO和LFP電池，所有這些都可以結合到不同的化學成份中。 

回收的成本

研究小組表示，電池的標簽并沒有全球標準，但要向電池回收商標明電池的成分。因此，濕法冶金（包括粉碎和酸處理）和火法冶金（在進行酸處理之前進行高能耗的熔煉）在鋰離子電池回收中已變得司空見慣。濕法冶金要預處理、排放和正確的拆解，而不是進行更簡單的粉碎方法。  

該研究報告的作者指出，電池的預處理可以由機器進行，但其前提是必須明確標明電池類型和架構。全球汽車工程師行業機構SAEInternational公司最近推薦了一種標簽方法。而調查表明，電池重要生產國正在考慮鋰離子電池采用的標簽標準。

電池組中電池模塊排列方式的變化給電池回收商帶來了另一個障礙。一些鋰離子電池生產商為了最大限度地提高安全性和電池壽命，通常犧牲了可回收性。  

電池單體越多，電解質材料在電池重量中所占的比例就越低。新增電池單體數量也使其分離步驟復雜化，從而新增了回收成本。例如，特斯拉S型85kWh電動汽車電池包含16個電池模塊，每個電池模塊包含444個電池單體，而每輛電動汽車內擁有7104個圓柱形電池。寶馬i3電動汽車配備96個棱柱形電池，日產聆風電動汽車則配備了192個袋式電池。  

作者在這篇論文指出：“當電池的拆解并且成本高昂時，唯一的回收方法便是火法冶金，但這種方法成本既高昂又效率低下。因此電池回收處于兩難的困境，而電池的設計將會影響電池回收策略。”  

人工拆解電池組件和模塊是提取電池材料的首選方法，但比粉碎方法花費更長的時間。電池設計的無數組合使得自動化拆解幾乎無法實現，從而顯著提高了回收成本。  

該論文建議，采用最外層固定裝置以及電池模塊和單元的標準化措施來解決該問題，屆時可以相對容易地進行拆解。 

采用母線連接

研究報告指出，電池之間可以采用實心母線連接，而不是目前采用較軟的電纜。這樣，自動化設備可以更容易地將電池從母線分離。  

研究人員還建議不要采用不可逆的粘合劑，這樣的粘合劑將活性材料附著到鋰離子電池聚丙烯外殼上。而采用傳統的粘合劑提高了從電池分離陰極和陽極材料的成本。  

電池采用循環設計方法通常涉及到對產品結構的細微變化，但假如將回收的電池原材料返回到電池生產過程中，與重要來源相比，其成本顯著降低，則有助于建立循環經濟。 

解決方法

研究人員說，在不粉碎廢舊電池的情況下分離電極材料可以將回收的成本降低70%，比新購原材料的成本還要低。采用全面詳細的標簽、簡化的電池結構、易于分離的設計，以及采用可逆的粘合劑將解決鋰離子電池回收面對的大部分問題。  

研究人員還提出了如何制定此類法規的建議，建議擴大電池生產廠商的責任范圍以及回收報廢電池產品的義務，并將促使其采用有效回收的方法。