摘要:本文通过调研我国新能源汽车产业的现状，结合当前国家的相关政策法规，分析汽车动力电池再生利用的重要性。从电池的拆解再生和梯次电池的研发使用两个方面，提出了废旧动力电池综合利用的方法和对策。为我国新能源汽车产业的可持续发展和废旧动力电池再生利用提供理论依据。

　　关键词：新能源汽车；动力电池；循环；梯次；再生

　　1背景介绍

　　1.1政策支持

　　《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》指出，坚持生态优先、绿色发展，推进资源总量管理、科学配置、全面节约、循环利用，协同推进经济高质量发展和生态环境高水平保护。2012年7月，《节能与新能源汽车产业发展规划》鼓励发展专业化的电池回收利用企业。2014年7月，《国务院办公厅关于加快新能源汽车推广应用的指导意见》提出要研究制定动力电池回收利用政策，探索利用基金、押金、强制回收等方式促进废旧动力电池回收，建立健全废旧动力电池循环利用体系。2016年1月，工信部、发改委、环保部、商务部、质检总局5部委联合下发《电动汽车动力蓄电池回收利用技术政策（2015年版）》，明确建立动力电池编码制度，建立可追溯体系。在激励措施上，国家将在现有资金渠道内对梯级利用企业和再生利用企业的技术研发、设备进口等方面给予支持。在技术研发方面，国家支持动力蓄电池相关回收利用技术和装备的研发。

　　1.2动力电池规模快速增长

　　2021年新能源汽车销量333.41万辆，新能源汽车在中国乘用车市场的占比从2017年的2.4%快速增长至当前的20%以上。在政策鼓励、渗透率不断提升的利好背景下，新能源车有望继续快速发展。据动力电池产业创新联盟数据，2021年动力锂电池装机量高达154.5GWh，同比增长143%。其中三元电池全年装机量为74GWh，占比48%，同比增长91%；磷酸铁锂电池全年装机量为80GWh，占比52%，同比增长227%。随着新能源车产销的快速增长，国内新能源汽车动力锂电池装机总量已经突破200GWh。

　　目前，磷酸铁锂及三元锂电池是目前电动车主要使用的两种电池类型。然而，当新能源汽车的动力电池包剩余容量不足标准容量的70%时，就达不到满足新能源汽车的使用要求，需进行电池整体替换。磷酸铁锂动力电池平均寿命为4~6年，三元锂电池则为3~5年。自2014年开始，新能源汽车在中国市场迅速崛起，当下，我国已经迎来首次汽车动力电池规模性的报废期。

　　2电池再生利用的意义

　　2.1保护生态环境

　　动力锂电池中存在的重金属元素和其他对环境有害的污染物是电池退役后面临的主要问题。其正极材料中含有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等，与水、酸、碱、还原剂或氧化剂反应会产生重金属，还会升高环境pH值；负极材料中含有石墨，燃烧后产生大量粉尘与CO，粉尘遇明火或高温可能发生爆炸；电解液溶质主要含有六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂等，具有强烈腐蚀性，遇水或高温产生HF，氧化产生含磷有毒物质；电解液溶剂含有碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯等，会水解产生醛和酸，燃烧产生一氧化碳和二氧化碳，其中有机物经由皮肤、呼吸道会对人体造成伤害；此外废电池中含氟聚合物，与氟、浓硫酸、强碱、碱金属反应，受热分解产生HF，产生氟污染。如果废旧的动力电池没有得到妥善的回收处理，只是随意丢弃到环境中，特别是土壤中，所有这些电池的化学元素最终会通过动植物，最终汇集到人的体内，导致人类身体出现各种金属中毒症状，严重伤害人们的身体健康。

　　2.2节约资源

　　不同种类动力电池的正极材料中所含的金属成分不同，其中含有价值很高的金属，包括钴、锂、镍等。据统计，我国锂资源占全球总储量的24.4%，但是锂矿资源中80%为盐湖型，提炼金属锂不仅产量很低、而且难度较大，我国锂资源进口依存度达80%以上。我国镍矿资源储量约300万吨，仅仅占全球总储量的约4%，因此镍矿的进口依存度高达80%以上。同样的还有钴元素，钴进口依存度达97%，仅仅占全球总储量的1%左右。

　　关键资源依赖进口，供应量及价格将不可避免地受国际环境影响，严重威胁我国新能源汽车产业发展。废旧三元锂电池的正极材料经过加工提纯可再次用于前驱体的制造，能够部分满足将来动力电池的制造需求，减少对外进口的依赖，一定程度上解决我国相关原材料资源短缺的问题。2019年作为动力电池回收的元年，回收的材料折合成金属量占全年需求的8%左右，到2025年，预计钴金属当年需求的70%可以从回收中解决。未来随着动力电池大规模退役，动力电池在金属的消耗上有望实现循环自给，大幅度降低对镍钴等金属的需求，对我国新能源产业的可持续发展具有重要意义。

　　2.3市场空间

　　我国锂电池市场占全球市场比重近七成，但随着全球锂电市场规模的快速增长，产业激进扩张、资源争夺等一系列矛盾正在凸显，尤其是全球各主要经济体不断加大对锂资源开发利用的管控限制，锂矿石、碳酸锂等价格波动剧烈，对产业的发展带来了极大的冲击。工信部数据显示，2022年，碳酸锂价格同比涨幅达到301.2%。以碳酸锂价格为例，碳酸锂去年11月的均价达到59.5万元/吨。而在之后的几个月里，锂价又下跌近六成。价格的暴涨和暴跌不利于行业发展，因此规范动力电池回收的进程迫在眉睫。规模化、产业化的电池再生利用才能使原材料价格回归常态，促进新能源汽车产业良性发展。

　　三元电池回收有价金属主要是镍、钴、锰、锂等，质量占比分别为12%、5%、7%、1.2%。

　　根据《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》要求，利用湿法冶炼的镍、钴、锰的综合回收率应不低于98%；火法冶炼的镍、稀土的综合回收率应不低于97%。根据测算，2030年镍、钴、锰、锂等金属回收市场空间超1000亿元。因此，汽车动力电池的再生利用有着重大意义。

　　3电池再生利用的方式

　　3.1动力电池的梯次利用

　　从新能源汽车制造成本的结构来看，整个电池及电池管理系统就占据了新能源汽车成本的30%~45%，而电池包又占据总的电池系统成本的80%左右。梯次电池是指电池的降级使用,是针对电池组来说的，新的电池组在使用一段时间后已经出现了衰减。衰减后不足以满足设备当前的应用功率要求，但电池并没有坏掉，在对其进行一些维修和调整后，可以用在对电池降一级的设备上使用。目前国内一些中小企业，已经开始通过将更换下来的电池包进行拆卸、分容分组、充放电检测、均衡修整后重新投入市场，作为低速车辆电源，实现汽车动力电池梯级再利用。

　　例如，安徽弘绩盛能源科技有限公司与合肥国轩循环科技有限公司合作，使用其生产的梯次电芯，用于制造铁塔5G基站备用电源、UPS、扫地机电源、两三轮车骑手快递换电以及路灯等各个类型磷酸铁锂梯次产品，目前已制备0.3GW，对产品进行不断的测试，在能量密度、稳定性、安全性等方面表现优异。修整后的电池能量密度高，经过容量测试等处理，剩余容量均达到电池初始标称容量的70%~80%；安全可靠性高，均通过完整的安全性能检测；电芯一致性高，可顺利分组制造梯次产品；电芯寿命SOH高，具有高循环使用寿命。

　　此外，在节约成本方面也有突出表现。通过调研发现，家用的48V、20A电瓶车电池需要用15支国轩23AH电芯，但是A品销售价格为700元/kW，折合51.52元/支。梯次电芯剩余容量在20AH左右，约29.5元/支。做成整体的产品需要加上保护板BMS和一些辅料线束、箱体、人工等。如果用新电芯，一个4820元电池成本需1000元，用梯次电池成本可以控制到700元以内，即节省300多元。

　　电池的梯次利用有以下几个优势：第一，提高电池生命周期。将废旧电池回收、修整后，用于次一级电动工具和设备，延长了电池服务时间。第二，降低循环成本和中转时间。相比较动力电池原材料回收，制作新电池。旧电池的梯次使用增加了新的使用场景，降低了循环成本，也相应缩减了生产周期。第三，废旧动力电池从修整到再利用，基本不会产生废料和污染，并且工序简单、生产能耗低。第四，该种再生利用方式投入较低，电池质量标准可评可测，可行性高。当然，动力电池梯次使用的终点还是电池的分解回收。

　　3.2电池原料的分解回收

　　电池分解回收主要是通过技术手段将电池中的可用物质再回收，如碳粉、三元粉、铝粉、铜粉、塑料、电解液和铝塑膜。能源科技公司需要建设动力锂电池绿色自动化拆解及回收处理线，对所覆盖区域回收的废旧动力锂电池进行资源化处理，并将所得再生资源交予指定的企业重新用于电池再制造。

　　电池分解回收，首先，预处理。它有放电、破碎、物理分选三个过程；其次，二次处理。常用热处理法有机溶剂溶解法、碱液溶解法以及电解法等，将正负极活性材料与基底的完全分离；最后，浸出、分离提纯的深度处理，提取出有价值的金属材料。按提取工艺分类，电池的回收方法主要可分为干法回收、湿法回收和生物回收。干法回收主要利用高温热解法和物理分选法，先是破碎进行粗筛分类，再高温分解废旧锂电池的有机物，以便于接下来的元素回收，工艺流程较短，回收的针对性中等，是实现金属分离回收的初步阶段。相对来说，湿法回收技术工艺比较复杂，但它的优点是有价金属的回收率较高，是目前废旧电池回收正极粉的主流技术。湿法回收技术主要是将酸碱性溶液当作转移媒介，金属离子从电极材料中转移到浸出液中，再通过离子交换、沉淀、吸附等手段，将金属离子以盐、氧化物等形式从溶液中提取出来。生物法回收利用具有特殊选择性的微生物菌类的代谢过程，实现对钴、锂等元素的浸出，该法成本低、污染小等优点，但目前仍处于研究阶段。

　　4困难与对策

　　4.1动力电池回收现状

　　首先，电池回收市场混乱。目前国家出具了相关的法规和指导文件，要求统筹布局动力蓄电池回收利用企业，适度控制拆解和梯次利用企业规模，严格控制再生利用企业数量，促进产业可持续发展。然而，市场仍有许多无资质的小微企业或者个人在从事电池的拆解回收，他们因为技术落后与资金限制，无法达到环保要求、安全要求和质量标准。甚至将回收的废旧电池废料随意丢弃，造成许多隐患。有些企业直接将回收的动力电池拆解，由于过程不规范、没有监管，导致电池的去向不可追溯，安全无法保障。

　　其次，主体责任意识不强，管理体系不健全。在新能源汽车产业链中，电池的责任主体先是动力电池生产企业和新能源汽车制造企业，后是电池回收企业和电池梯次利用企业。双方协同，按照国家标准要求对所生产动力蓄电池进行编码，汽车生产企业记录新能源汽车及其动力蓄电池编码对应信息。新能源汽车还要遵循易拆卸原则，以利于动力蓄电池安全、环保拆卸。新能源汽车的售后服务机构、电池回收机构等运营企业要在溯源信息系统中建立动力蓄电池编码与新能源汽车的动态联系。但是，在实际的电池回收中，电池回收产业规模小且分布零散，没有建立统一的标准管理体系。回收渠道没有打通，回收服务网点没有铺开，以新能源为主体的动力电池生产、销售、维修、梯次利用、回收、再生的全生命周期生态圈还没有建成。

　　最后，回收成本高。电池拆解及材料回收工艺需要大量的资金投入，包括运输成本、测试成本、拆解成本、环保成本、包装成本、仓储成本、售后成本，巨大的处理成本要比采购新电池的成本还要高，且回收动力电池业务短期不能为企业带来利润，使企业丧失回收的热情和积极性。从动力电池的生命周期看。我国动力电池回收利用产业尚未真正成型，回收利用发展缓慢。市面上各动力蓄电池的结构不同、材料体系不同，使得电池回收企业无法形成标准化、智能化的生产线，加大了回收的难度。2017年中国电动汽车百人会的研究报告显示，一家采用机械法和湿法回收废旧磷酸铁锂电池的公司，回收处理1吨废旧磷酸铁锂动力电池的成本为8540元，而再生材料的收益仅为8110元，亏损430元。

　　5展望

　　基于我国动力电池的回收利用现状，首先，应构建动力电池综合利用的产业生态圈。建立电池生产、新能源汽车制造、汽车售后服务、回收网点、综合利用企业和电池回收再生企业联动机制，整合行业资源，搭建信息溯源平台，可以对电池数据的实时溯源，进行查询，实现大数据平台进行评估筛选。其次，针对电池梯次应用，多元化开拓综合应用场景，根据电池模组的性能、寿命、容量等数据参数重新配比分组，提升重组后电池的性能，开发梯次电池在储能领域的使用，提升电池的二次利用率。再次，制定相关法规文件和技术标准，落实电池综合利用相关主体的责任，提升动力电池再生利用行业的准入门槛；研究制定动力电池拆解工艺规范；建立动力电池的第三方评价标准。最后，政府主导，完善政策激励机制。政府加大对新能源汽车电池回收利用行业的政策支持。对体系的建设、综合利用技术的研发、电池回收示范项目等，提供资金补贴和税收优惠措施，支持企业研发技术和更新设备。社会层面积极宣传，出台政策明确电池回收的义务，鼓励公民参与到电池回收中来。

　　6结语

　　当前，我国正处于新能源汽车发展的腾飞期，动力电池作为新能源汽车的核心部件，同样也是制约行业发展的关键因素。必须从国家战略、产业规划、可持续发展、保护环境的角度去认真思考动力电池的再生利用，才能最终实现新能源汽车行业的蓬勃发展。