废旧锂离子动力电池的拆解及梯次利用

杨思蔚，杜光潮，王立新，刘鲁平，侯晓川，应旭峰

（浙江新时代中能循环科技有限公司，浙江 绍兴 312369）

1 废旧锂离子动力电池回收利用的现状

纵观我国锂离子电池回收现状，市场上动力锂离子电池的回收主体重要有回收小作坊、专业回收公司，缺乏以动力锂离子电池生产公司或电动汽车公司为主体的回收体系。同时，国产动力锂离子电池型号众多、电池包结构不统一，组装工艺和技术千差万别，拆包过程对生产线的整体技术要求非常高。而市场上的回收公司规模大小不一，工艺设备落后，也无法防止少数不具有回收资格的公司非法从事废旧动力锂离子电池回收。但如果是取得资质且依法注册纳税的正规公司，按照国家排放标准严格执行电池回收工作，回收价格将必定缺乏竞争力，尽管梯次利用在理论上是一种非常好的方法，但对目前的锂离子电池来说却很难实行。

如今，政策的出台以及新能源汽车产业的发展，一方面对公司提出了强制措施，另一方面也给电池回收市场描绘出了未来无限好蓝图。出于多方考虑，一些公司纷纷开始布局。这其中不乏传统回收公司、冶炼公司、材料公司、电池公司和新能源汽车公司等。然而回收行业有它的行业特性，仅凭借一腔热血、缺乏技术沉淀，很难做得长远。

目前，废旧锂离子动力电池的回收主要有梯次利用和拆解两种方式。其中梯次利用主要针对电池容量下降到原来的70%-80%无法在电动汽车上继续使用的电池，进行梯次利用，可以继续在其他领域，如电力储能、低速电动车、五金工具等作为电源继续使用一定的时间；拆解则主要针对电池容量下降到50%以下，该类电池无法继续使用，只能将电池进行拆解并资源化回收利用。

2 废旧锂离子动力电池的拆解

锂电池的使用具有一定的生命周期，使用一定时间需要报废，即使进行梯次利用，最终也要报废。锂电池由壳体、正极（铝基片）、负极（石墨与铜基片）、电解液、隔膜等组成。如果不进行拆解及分选，无法回收废旧电池中的有价材料及成分，即使进行分离，也没有经济意义。

废旧动力锂离子电池拆解导致废气、废液和废渣等污染问题难以避免，不仅会带来生态环境隐患，还会对人们的健康带来危险，但若不进行回收和处理，就会造成资源浪费。废旧锂离子电池拆解、重组、测试和寿命预测等关键技术攻关具有重要意义，可以提高自动化水平和回收效率，同时保证技术成熟度和生产过程的安全性，兼顾经济可行性和安全性，实现动力锂离子电池的高效回收再利用。因此，回收企业应着力开展废旧锂离子动力电池的拆解技术开发。

2.1 废旧锂离子动力电池拆解回收的现状

回收公司收到的电池包括各种形态、尺寸、规格、封装形式、设计工艺和串并联成组形式，以及多样化服役时间、应用车型和使用工况等诸多因素，使得拆解时涉及到多种封装夹具，公司很难实现大规模批量化拆解，也给梯次利用带来很大困难。重金属、有机电解液等也是动力锂离子电池拆解面临的难题，如果处理不当，对生态、生活都会环境造成危害，因此要高度重视拆解的每个环节，确保动力锂离子电池回收再利用的经济、生态效益。这一难题的关键一方面在于完全不同的电池系统设计，让电池包和模组的拆解流水线无法规模化地复制使用，导致电池拆解时极为不便。另一方面，国内大多依靠人工拆解，工人的技能水平直接影响着电池回收过程效率。

国内主要依靠人工拆解进行动力电池回收，工人的技能水平直接影响着电池回收效率。同时由于电池包具有高能量，动力电池拆解过程中会产生废气、废液、粉尘，对环境和工人都有严重的危害性，所以动力电池回收企业迫切需要自动化全封闭拆解设备，才能真正实现动力电池节能环保、安全可靠、高效率地拆解回收。

2.2 废旧锂离子动力电池存在的危险性

储存的废电池具有潜在的危险性，却对环境不利，如果不能直接利用退役电池，就必须进行回收。退役电池中的废气矿物资源的回收可以带来重要的经济效益，减轻了对新矿物开采的需求，并对矿物自由供应链的脆弱环节和供应风险提供了弹性。对于大多数的回收过程，电池组至少拆卸到模块组。然而，与电池拆卸有关的危害也很多。从汽车上拆卸电池组需要进行人员的高压培训，使用绝缘工具以防止操作人员触电或者电池组短路。短路会造成快速放电，甚至热失控。热逃逸可能产生有毒的副产物。如果气体累积到一定程度，最终可能导致电池爆炸。由于电池包含有易燃电解液、有毒和致癌物性电解液添加剂，潜在有毒或致癌性的电极材料，所以电池也存在化学危险。

2.3 废旧锂离子动力电池拆解需要解决的问题

从废旧锂离子电池中直接回收正极材料、负极材料、电解液、隔膜等高附加值的中间品商业化难度很大。而且在拆解过程中，不同类型电池制造和设计工艺的复杂性、串并联成组形式、服役和使用时间、应用车型和使用工况的多样性都会影响拆解复杂程度和安全性等。

原来的传统湿法冶炼和手工拆解技术解决不了动力锂离子电池复杂的结构所带来的环保问题和安全问题，此外还有材料的定向合成问题。

2.4 废旧锂离子动力电池拆解面临的挑战

不同的汽车制造商采用了不同的方式为自己的汽车提供动力，市场上的电动汽车拥有各种各样不同的物理配置、电池类型和电池化学组成，这给电池回收带来了挑战。此外，这对梯次利用和回收利用，目前汽车电池组都是手工拆卸，电动汽车电池的重量和高电压意味着需要有资质的工人和专门的工具来进行拆解。对于一个缺乏技能的转型行业来说，这同样是一个巨大的挑战。同时值得担心的是，未经训练的机械师和人工可能会冒着生命危险修理电动汽车和处理即将报废的车辆，其中隐藏着非常大的安全问题。

3 废旧锂离子动力电池的梯次利用

3.1 废旧锂离子动力电池国内梯次利用进展

我国废旧动力电池的梯次利用与国外相比有一定的差距，但近几年开展相关的研究和应用，并进行了工程示范。如中国电科院、国网北京市电力公司与北京交通大学合作完成的100kWh电池储能系统的梯次利用工程示范；北京市电力公司、北京工业大学及北京普莱德新能源电池科技有限公司合作完成的北京市科技计划项目“电动汽车锂离子电池系统全生命周期利用技术研究与示范”；同时北京海博思创科技有限公司、国网浙江电力公司，国网河南电力公司等单位也相继进行了动力电池的梯次方面的工程示范。

3.2 废旧锂离子动力电池国外梯次利用进展

国外的梯次利用主要也以储能为主，日产汽车和住友集团合资的4REnergy公司，将日产leaf气车的二手电池用于家庭和商业储能设备；夏普公司开发了智能功率调节器，以使车载动力电池可以用于家庭电源管理；同时美国Ener Del公司和日本伊藤忠商社合作，在新建公寓中推广梯次利用电池。美国TeslaEnergy、通用公司及ABB集团，德国BOSCH、BMW等公司也开展了梯次利用的实践。

3.3 锂离子动力电池梯次利用的安全性

退役动力电池经历了严酷的车用使用环节，各方面的性能衰退难以直接判别，尤其是电池的安全问题应当引起行业的重点关注。随着电池循环寿命的增加，起火、自燃等隐患大幅上升。对于新电池的安全标准、试验方法已经很完备，但对于梯次电池的安全性，目前没有相关的标准可以参考。部分企业提出利用大数据的方式判断电池模组的健康情况，这种方式可否单独使用还是作为人工筛选的辅助手段需要进一步研究。

同时，梯次电池的使用场景缺乏管控。哪些场景下可以使用梯次电池，哪些场景禁止使用梯次电池没有相应要求;在梯次电池的应用中，如何应对其进行监控、出现事故后责任如何判断都是行业监管的空白地带。

3.4 废旧锂离子动力电池的测试和评估

废旧的锂离子动力电池可以在做好电池的性能评估、分类筛选以及重新组合等工作，能很好降低电池之间的差异性，进一步减少电池在再利用过程中的成本。但是，废旧锂离子动力电池的回收再利用，不仅要考虑经济效益，更要关注环境保护和安全问题。废旧锂离子动力电池再利用的最关键因素之一是安全性能。在恶劣条件下，电池经过数百甚至上千次循环后，内部和外部特性都发生了明显的变化，导致安全性能降低。因此，在废旧锂离子动力电池的回首再利用和拆解时，都要对废旧电力进行安全性能测试和评估，通过测试和评估获取废旧电池的性能特征，从而判断废旧电池的价值和安全特性，确实是否值得再利用以及对环境安全的影响。

废旧动力电池梯次利用可以实现资源利用的最大化，符合绿色、循环、可持续的发展理念。其使用场景丰富，市场空间巨大，在利用得当的前提下，可以创造很大的经济价值。但该产业也面临着经济性、安全性的双重考验，只有突破这两大瓶颈，才能迎来产业的高质量发展。

4 结语

我国动力电池的回收利用还处于初始阶段,现阶段我国废旧锂电池回收体系尚不健全，回收技术和商业模式还没达到成熟的标准。

针对不同类型的动力锂离子电池无论在拆解、梯次利用及资源综合利用方面缺乏成熟的技术。对废旧锂电池进行回收再利用，不但是环境保护的要求，同时也有利于资源循环利用。因此在废旧锂离子动力电池回收利用方面必须进行技术开发及创新。