关于动力电池回收的二三事——初识动力电池

2017-12-08  |  By Faye  |  In 新闻

从2009年开始推广至今,我国电动汽车已发展了8个年头,在国家的大力支持下,近几年新能源汽车爆发式增长。而随着电动汽车的快速发展,动力电池的回收再利用问题也变得越来越不容忽视。

国家工信部数据显示,今年1-9月,新能源汽车产销量分别完成42.4万辆和39.8万辆。截至2016年年底,中国累计生产电动汽车 101.4 万辆,我国新能源汽车保有量已经突破100万辆。

据报道,我国私家车纯电动/插电式汽车的动力电池组使用寿命通常为 4~6 年;而且当动力电池应用于公交车、出租车等车型时, 由于使用时间长等原因,其动力电池组的寿命更低, 一般为 2~3 年。因此,目前动力电池回收高峰期已经到来,做好动力电池的回收再利用已刻不容缓。

据业内研究机构预计,到2020年我国动力电池市场需求将达125Gwh,报废量将达32.2Gwh,约50万吨;到2030年,动力电池报废量将达101Gwh,约116万吨。

▲ 动力锂电池回收市场前景(Source:科技新报制表)

什么是动力电池?

电动汽车所采用的锂离子动力电池主要由电池包构成:

电池包由电池模块、外壳和电池管理系统组成。电池模块由极芯、外壳和紧固件等构成。其中,极芯中含有大量的有价金属,因此我们主要针对极芯进行回收。

极芯的结构主要有软包结构和金属壳硬包结构,一般包括外壳、正极、负极、隔膜、正极耳、负极耳和绝缘片。以常见的软包极芯为例,其结构如图所示。

动力电池主要由:电池盖、正极、隔膜、负极、有机电解液以及电池壳组成。

目前市场上已经商业化的动力锂电池主要包括磷酸铁锂电池、锰酸锂电池和三元材料电池等,中国市场以磷酸铁锂及三元锂为主,日韩大多选择锰酸锂和三元材料的混合电池体系。

国内部分新能源汽车电池参数(制图:VehicleTrend车势市场分析部)

正极一般以铝箔作为基底,两侧均匀涂覆正极材料,正极材料包括一定配比的正极活性物质(如钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂和三元材料等)、导电添加剂(如乙炔黑、石墨等)以及粘结剂(聚偏氟乙烯(PVDF)为主)。

三元锂电池:三元聚合物锂电池是指正极材料使用镍钴锰酸锂(Li(NiCoMn)O2)三元正极材料的锂电池,是以镍盐、钴盐、锰盐为原料,里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整。通常钴占 5~20%,镍占 5~12%,锰占 7~10%,锂占 2~5% 。

负极一般以铜箔作为基底,两侧均匀涂覆负极电极材料,负极材料包括一定配比的负极活性物质(石墨、硅碳等)和粘结剂(丁苯橡胶(SBR)、丙烯酸树酯(PAA)、 羧甲基纤维素钠(CMC-Na)等)。正、负极活性物质分别与粘结剂相互混合均匀,涂覆在正负极基底上,再经过干燥,碾压后制成正负极材料。

隔膜有 PP 膜和 PE 膜,分为单层和多层结构,以三层 PP/PE/PP 膜为主。 电解液采用含锂化合物作为溶质与有机溶剂混合而成,溶质以六氟磷酸锂(LiPF6)为主; 有机溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)等几种溶剂的混合液。根据正极材料的不同 [5],可以将锂离子动力电池分为钴酸锂动力电池、磷酸铁锂动力电池、锰酸锂动力电池和三元材料动力电池等。

磷酸铁锂电池:是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。 锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中钴酸锂是目前绝大多数锂离子电池使用的正极材料。

为何要重视动力电池的回收再利用?

动力电池中的正极材料含有镍、钴、锰、锂等重金属化合物,存在造成重金属污染的可能,此外,六氟磷酸锂(LiPF6)、苯类、酯类化合物,难以被微生物降解。电解质也有很强的腐蚀性和毒性,电池中的重金属离子、有机物、碳粉尘、氟化物等将可能造成严重的环境污染。

此外,电解液会引发氟污染以及有机物污染。而且,铜、镍、钴、锰、锂等有价金属的流失还会造成资源的浪费。动力电池回收市场空间巨大,价值体现在钴、镍等稀有金属含量占了很高比例。

仅以钴为例,钴是我国严重短缺的9种矿产资源之一,中国钴资源仅占世界的1.03%,但中国钴资源的消耗占世界的50%,目前探明的可开采量只有4万吨;60%~70%用于电池生产,资源严重依赖进口,比例甚至曾超过95%。

钴金属应用广泛,从航太工业到消费性产品。尤其在锂电池应用逐年增长,从2015你那的30%已经成长至2016年的35%。从市场需求统计来看,2016年中国xEVs需求达到23GWh,2017年预估将达到32GWh,依照此趋势预计,钴金属在动力电池的应用熟了仍将逐年稳健增长。钴金属的强大的市场需求与钴金属的稀缺形成强烈反差,从废旧电池中有效回收钴显然成为一条重要的途径。

下篇预告:关于动力电池回收的二三事——如何回收动力电池

文章来源:VehicleTrend车势 作者:Luna

 



 

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