在中國中大型城市,汽車尾氣已經(jīng)成為最主要的大氣污染源,燃燒汽/柴油產(chǎn)生的碳?xì)浠衔铩⒌趸衔镆约癙M2.5顆粒正在無聲無息地影響我們的健康。而與汽油車相比,電動車因為沒尾氣排放,明顯更加環(huán)保。
但這個環(huán)保也不是絕對的,畢竟動力電池里面含有大量重金屬、電解液等等,如果處理不好也會污染環(huán)境。
隨著新能源車保有量越來越大,動力電池的需求量也在不斷攀升,數(shù)據(jù)顯示。我國新能源車動力電池總裝機量高達57.35GWh,其中在2018年就達到了32.86GWh,同比增長137%,占總裝機量的57.3%。
如果按照電池壽命8年來算,那首批大規(guī)模退役時間將會在2026年前后。另外,國內(nèi)有研究機構(gòu)也預(yù)計了今后幾年動力電池回收數(shù)量,2019年11萬噸、2022年42萬噸,動力電池的回收與利用可以用刻不容緩來形容。
既然退役的電池那么多,怎么處理好呢?
對于動力電池的回收與利用,目前較為主流的有兩種方法,一是再生利用(拆解電池提煉金屬和原料),二是梯級利用(二次或多次利用)。
1.再生利用
目前動力電池主要分三元鋰電以及磷酸鐵鋰兩種,它們都含有鈷、鎳、錳、鋰等重金屬,其中鈷和鎳更是我國較為稀缺的礦藏資源,不回收就浪費了。
一般來說,實際容量低于初始容量的30%便無法梯級利用,目前歐盟主要采用火法冶金-濕法分離提純、熱解-濕法提純、破碎-熱解-蒸餾-火法冶金這幾種工藝提取有用金屬,而國內(nèi)的鋰電池回收企業(yè)則普遍采用熱解-機械拆解、物理分選、濕法冶煉這幾種工藝進行回收處理。
而在回收率方面,因為動力電池的成分比例相當(dāng)復(fù)雜,所以針對不同類型的電池也有相對應(yīng)更高效的回收工藝,例如火法冶金回收鈷和鎳更高效(但鋰的回收不好),而濕法冶金則更有利于磷酸亞鐵鋰的回收。
雖然動力電池再生利用有方法可循,但實際回收起來經(jīng)濟效益并沒有想象中的高。
據(jù)一份論文表示,目前1噸磷酸鐵鋰電池回收成本在8500元左右,而通過一系列工序提純金屬之后,所得市場價值僅9000元左右,基本沒什么利潤可言。
而三元鋰電方面,因為有鈷、鎳、錳等金屬,回收的效益會比磷酸鐵鋰更高,但因為鈷有毒性,操作不當(dāng)容易造成二次污染甚至引起爆炸,因此對回收企業(yè)的設(shè)備、人員也有更高的要求,這也變相增加了回收成本,降低了經(jīng)濟效益。
不過話說回來,一臺電動車跑8年,很難做到容量損失70%以上,而對于這類退役動力電池而言,梯級利用明顯更適合。
2.梯級利用
所謂梯級利用就是把難以滿足汽車?yán)m(xù)航要求的動力電池用于低速電動車、電動工具、太陽能/風(fēng)能儲能裝置等領(lǐng)域,TA們對動力電池的輸出功率、續(xù)航需求沒有汽車那么高,符合安全標(biāo)準(zhǔn)的退役汽車動力電池往往就能滿足使用需求。
*根據(jù)鋰電池容量劃分,100%~80%容量滿足汽車動力使用、80%~30%容量滿足梯級利用,30%以下進行再生利用(拆解)。
目前包括北汽新能源、長安等11家車企已經(jīng)和中國鐵塔達成合作,把退役動力電池用在通信基站的儲能設(shè)備當(dāng)中。
雖然梯級利用無需把電池完全拆解,但因為電芯一致性難以保證,所以在實際應(yīng)用中依然會遇到諸多問題,例如離散動力電池模組如何整合在一起、如何通過SOC、SOH、SOP等指標(biāo)精確預(yù)測電池壽命等等。
除了技術(shù)層面存在難度之外,還需要考慮到經(jīng)濟效益。因為動力電池成本相當(dāng)高昂(占到電動車總成本的三分一),這些退役電池用在儲能、照明等領(lǐng)域未免有點大材小用,甚至在某些領(lǐng)域用電池儲能(波谷充電)再輸出電能的成本比直接使用電網(wǎng)供電還高。
而此前特斯拉也通過研究,并公開表示動力電池的二次利用沒有多大經(jīng)濟效益。
既然再生利用、梯級利用經(jīng)濟效益都不高,那退役動力電池的回收就唯有靠政府推動。
退役動力電池回收,誰在做?
目前包括德國、日本、美國在內(nèi)的國家都制定了相應(yīng)的法律法規(guī),督促電池生產(chǎn)企業(yè)、車企或是經(jīng)銷商回收退役電池。
舉個例子,德國《電池法》在2009年已經(jīng)生效,法規(guī)規(guī)定動力電池的生產(chǎn)、進口需要在政府登記,而經(jīng)銷商則要組織回收。與此同時德國環(huán)境部還資助了兩個動力電池回收項目(LiBRi項目和LithoRec項目),來促進德國退役動力電池的回收利用研究。
而在美國,聯(lián)邦政府制定了《含汞和可充電電池管理法案》,確定了生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度,電池生產(chǎn)商負(fù)責(zé)組織回收退役電池。另外,美國很早就對退役動力電池梯級利用進行了研究,美國先進電池聯(lián)合會(USABC)和美國能源部分別在1996年和2002年資助了動力電池的回收利用研究。和美國一樣,日本《促進建立循環(huán)型社會基本法》、《固體廢棄物管理和公共清潔法》、《資源有效利用促進法》等法規(guī)體系也規(guī)定電池生產(chǎn)商自行回收退役動力電池,政府給予生產(chǎn)商相應(yīng)的補助。
最后說說我國,2018年年初,七部委聯(lián)合印發(fā)《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》,規(guī)定了車企承擔(dān)動力電池回收責(zé)任。而為了更高效地進行梯級利用,《暫行辦法》還要求電池生產(chǎn)企業(yè)采用標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、協(xié)議開放的易回收設(shè)計,還要向車企提供電池拆解、存儲技術(shù)信息,方便進行再生/梯級利用。
除了國家政策之外,各個地方也出臺更為細(xì)致的回收方案,例如深圳市提出,對汽車按照20元/kWh的標(biāo)準(zhǔn)計提動力電池回收處理資金,然后給予該金額的50%作為回收補貼。
既然政策出來了,車企、電池生產(chǎn)企業(yè)同樣要積極響應(yīng)。
除了上文提及到長安、比亞迪、北汽新能源等多家車企已經(jīng)和中國鐵塔合作,實現(xiàn)梯級利用之外,電池生產(chǎn)企業(yè)也在積極響應(yīng),包括但不僅限于下面幾個例子:
北汽新能源、上汽、吉利聯(lián)合寧德時代布局回收業(yè)務(wù)。
比亞迪、三星聯(lián)合格林美公司成立了福建格林美再生資源有限公司。
比亞迪獲簽英國18MW、43MW、50MW集裝箱儲能項目。
比克電池已實現(xiàn)綜合處理2萬輛報廢汽車和3萬噸退役動力電池的回收能力。
大眾計劃在德國薩爾茨吉特建立一家電池回收工廠,2020年起每年接收近1200噸退役動力電池。
博世聯(lián)合寶馬集團,用退役電池建造大型光伏電站儲能系統(tǒng)。
奔馳與回收公司合作實施了Lunen項目,用退役電池建造電網(wǎng)儲能設(shè)施。
特斯拉CTO、聯(lián)合創(chuàng)始人之一Straubel成立了RedwoodMaterials新公司,主打全行業(yè)的電池回收(再生利用、非梯級利用)。
通用和ABB合作,利用雪佛蘭Volt沃藍達的退役電池組組建儲能系統(tǒng)。
日產(chǎn)和住友集團合資成立4REnergy公司,用聆風(fēng)的退役電池作為商用、住宅的儲能設(shè)備。
……
截至目前,國內(nèi)已有393家車企,44家報廢汽車回收拆解企業(yè)、37家梯級利用/42家再生利用企業(yè)加入了新能源汽車國家監(jiān)測與動力蓄電池回收利用溯源綜合管理平臺。無論在國內(nèi)還是歐美日等發(fā)達地區(qū),退役動力電池的回收利用產(chǎn)業(yè)鏈都在日益成熟。
當(dāng)退役動力電池得到有效處理,再說電動車環(huán)保也不遲。