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电动车的电池回收问题如何来解决?
2023-11-25 03:08:38 作者: 企业党建

  全球的电池回收行业都还处于起步阶段,由前特斯拉CTO JB Straubel 创立电池回收企业,已经建立了一个广泛的合作网络,目前已在内华达州的工厂每年回收约 6 GWh 的锂离子电池(电池来自消费电子科技类产品),Redwood 也从松下在特斯拉内华达工厂不良电池中回收材料。从目前来看,Redwood不光覆盖了福特、沃尔沃、丰田和大众集团美国(含奥迪),此公司有着极其强大的想象空间。

  目前美国的回收渠道,都是通过汽车企业的经销商网络来收集报废的电池和材料,对报废电池包装并送往内华达州 Redwood 的工厂进行回收。

  我其实觉得Redwood Materials有点可疑(和Elon Musk没关系我是不信的),这个企业的发展曲线是美国最懂电池和最聪明的资本合作。

  从整体来看,此公司目前回收6GWh的回收厂家,在美国这个电动汽车发展早但是没做起来的地方实现了一次布局。也就是说,目前的大部分消费电子回收,来自亚马逊和松下,通过将消费电子垃圾分解成粉末状,通过化学品做处理,然后作为原材料再送回供应链。

  2021年8月Redwood把内华达州卡森市的150,000平方英尺的回收设施扩大三倍,并在特斯拉和松下在内华达州斯帕克斯的 Gigafactory 附近购买了100 英亩的土地,共同运营。2021年9月,与韩国L&F(电池材料制造商)签署一项多年协议,将在一家新工厂使用其提供的设计和制造技术来制造电池阴极。

  从大逻辑来看,Redwood一开始就想着要做正极材料,在2025年通过回收把美国之前积累的锂电池废料作为资源,来满足生产100GWh的材料,随着美国的电动汽车逐步上量,通过拉高产能在2030年时将汽车产量与提升到500GWh,也就是说美国这边想的是把动力电池和消费电池材料作为永续使用的开始,建立一个完整的循环体系。

  而后续通用汽车、LG能源和Li-Cycle合作,本质也是这个逻辑,把美国固有的锂电池收回来作为动力电池材料的一部分。

  从目前的回收方法来看,大家有共识的部分效率在提高,而下一代的电池材料工厂确实在往大规模化工的方向在走。

  我觉得目前欧洲和美国,在构建自己的电池产业的时候,想得比较多。从一开始他们的起步就是构建大企业的逻辑。

  ● 一开始就构建完善的回收网络和法则,构建可再生材料的使用比例,从2030年来看可能动力电池需要用10-15%的回收料。

  我们能这么说,其实从目前来看,整个电池生产和材料加工,出现了同质化,也就是说有几率存在一定的后发优势。我买更高效率的设备,全世界招募电池科学家、电池设计和工艺工程师,然后逐步放量。从技术路径来看,欧美也有两条路径:

  ●磷酸铁锂:和我们国内的考虑不一样,由于回收的情况,铁锂的综合成本未必低于高镍。

  从中国目前的数据分析来看,也是做了大量的回收,但是玩家比较多,大家都能收,从一开始就是散的局面。

  6月废旧三元共回收17,032吨,废旧磷酸铁锂回收8,316吨,废旧钴酸锂3,684吨。 6月共回收镍3,001金吨,钴4,093金吨,锂1,077金吨。

  6月共回收得到工业级碳酸锂2,800吨,电池级碳酸锂1,997吨,粗制碳酸锂1,185吨。

  小结:从长久来看,回收占据电池材料和生产很重要的一个环节,这个动力电池的发展其实是具备持续性的,就是在国内怎么构建一个可控高效的体系,是值得思考的。

  如果是电瓶车、摩托车、燃油车启动那种烂大街的铅酸电池(电瓶),你放心,这种电池含有的铅是毒害性很强的重金属,所以相关法规很严格。目前铅酸电池虽然用途广泛,但回收循环基本是没有过大问题的,并且还会慢慢的好。据我所知,目前没有几个行业的回收利用率有铅酸电池这么高的。

  如果你问的是电动汽车所用的镍氢、锂离子电池,更不用担心。这些电池号称是“环保电池”(当然是相对的)。所使用的材料毒害性不大,对自然环境是相对友好的,量少的话没有回收价值,直接废弃到大自然没有一点问题(比如一两块手机锂电池,扔进垃圾桶就可以),由于量少、分散,大自然的降解能力足够应付;量大、集中的汽车动力锂电池,动辄几百kg,收集成本较低,即使完全失效了,里面都是各种高价值的金属,什么铜、锂、镍、钴……那都是钱啊!低值一点的石墨、电解液、塑料等也有工业用途,谁舍得抛弃掉?肯定大把人抢着回收,相信你也不愿意免费送给收破烂的。上市公司格林美了解一下,专门回收处理锂电池,每年过百亿的产值,十几亿的纯利润。

  废弃充电电池的污染,说什么都比废弃发动机少,废弃发动机不光有脏污的钢铁、塑料(铜、铝好处理)等,还有大量难处理的废汽油、废机油、废润滑油、废水、废滤芯、废渣(积碳之类,含有大量致癌物多环芳烃)、三元催化器……哪一样不是对环境有很大毒害性?况且,发动机拆解回收发展这么多年了,居然连相关的法律和法规、控制措施都没有!

  当年十亿市长刘禁摩刘大官人意气风发指点江山,刘大官人聘请所谓专家在电视媒体上大谈电动车危害,言之凿凿:电动车电池随便乱扔严重污染环境。

  其时铅酸电池大行其道,锂电天价,尚未普及,免维护电池甚多。一辆电动车更换的铅酸电池以旧换新可以便宜一百元一百多。锂电池以旧换新就便宜更多了。也许在刘大官人和其专家看来,中国百姓已经奢侈到无视一百几百的优惠,把换下来的电池带回去随便乱扔的地步了。

  新能源电动车车主打环保,在环境的污染上,远远低于传统汽车。几百元一组的铅酸电池、锂电池,在更换环节就做好了从用户到厂家的一条龙回收渠道,更加不用说几万几十万的锂电池组,自然全部拉回去回收了。

  对公众而言,衹需要担心在处理回收电池组或者二次利用的时候,会不会遇上刘大官人,对生产加工公司开绿灯,违规排放。如何来解决,严格监控电池组回收最终流向即可。

  想先说一个例子,电动车电池被偷的经历,很多人都有,为什么,是因为电动车电池是一种有价值且可以迅速变现的东西,也就是说电动车电池不仅有价值,还能够迅速“销赃”,这么看来,大概有两个原因:

  1、电动车电池有价值,就算是“寿终正寝”也能买50-100元,因为旧电池里面有很多铅,经过回收厂的处理,变成“再生铅”,相对于采矿的“原生铅”,再生铅的冶炼是更加节能的,耗费更少的资源;

  2、电动车电池回收比较工业化,正是如此,想象一下,回收肯定是很顺利,通畅,否则不会偷了都。

  而且,在回收冶炼过程中,基本上没有什么排放和污染,所以开玩笑的说“小偷都帮着电池循环了”,而且生活当中,我们也特别难看到谁把电池乱丢吧,就是这一个原因。

  对于动力电池的回收与利用,目前较为主流的有两种方法,一是再生利用(拆解电池提炼金属和原料),二是梯级利用(二次或多次利用)。

  目前动力电池主要分三元锂电以及磷酸铁锂两种,它们都含有钴、镍、锰、锂等重金属,其中钴和镍更是我国较为稀缺的矿藏资源,不回收就浪费了。

  一般来说,实际容量低于初始容量的30%便无法梯级利用,目前欧盟主要是采用火法冶金-湿法分离提纯、热解-湿法提纯、破碎-热解-蒸馏-火法冶金这几种工艺提取有用金属,而国内的锂电池回收企业则普遍采用热解-机械拆解、物理分选、湿法冶炼这几种工艺进行回收处理。

  而在回收率方面,因为动力电池的成分比例相当复杂,所以针对不一样类型的电池也有相对应更高效的回收工艺,例如火法冶金回收钴和镍更高效(但锂的回收不好),而湿法冶金则更加有助于磷酸亚铁锂的回收。

  虽然动力电池再生利用有方法可循,但实际回收起来经济效益并没有想象中的高。

  据一份论文表示,目前1吨磷酸铁锂电池回收成本在8500元左右,而通过一系列工序提纯金属之后,所得市场价值仅9000元左右,基本没什么利润可言。

  而三元锂电方面,因为有钴、镍、锰等金属,回收的效益会比磷酸铁锂更高,但因为钴有毒性,操作不当容易造成二次污染甚至引起爆炸,因此对回收企业的设备、人员也有更高的要求,这也变相增加了回收成本,降低了经济效益。

  所谓梯级利用就是把难以满足汽车续航要求的动力电池用于低速电动车、电动工具、太阳能/风能储能装置等领域,TA们对动力电池的输出功率、续航需求没有汽车那么高,符合安全标准的退役汽车动力电池往往就能满足使用需求。

  *根据锂电池容量划分,100%~80%容量满足汽车动力使用、80%~30%容量满足梯级利用,30%以下进行再生利用(拆解)。

  目前包括北汽新能源、长安等11家车企已经和中国铁塔达成合作,把退役动力电池用在通信基站的储能设备当中。

  虽然梯级利用无需把电池完全拆解,但因为电芯一致性很难保证,所以在实际应用中依然会遇到诸多问题,例如离散动力电池模组如何整合在一起、如何通过SOC、SOH、SOP等指标精确预测电池使用寿命等等。

  除了技术层面存在难度之外,还需要考虑到经济效益。因为动力电池成本相当高昂(占到电动车总成本的三分一),这些退役电池用在储能、照明等领域未免有点大材小用,甚至在某些领域用电池储能(波谷充电)再输出电能的成本比直接用电网供电还高。

  既然再生利用、梯级利用经济效益都不高,那退役动力电池的回收就唯有靠政府推动。

  目前包括德国、日本、美国在内的国家都制定了相应的法律和法规,督促电池生产企业、车企或是经销商回收退役电池。

  举个例子,德国《电池法》在2009年已经生效,法规规定动力电池的生产、进口需要在政府登记,而经销商则要组织回收。与此同时德国环境部还资助了两个动力电池回收项目(Li BRi项目和Litho Rec项目),来促进德国退役动力电池的回收利用研究。

  而在美国,联邦政府制定了《含汞和可充电电池管理法案》,确定了生产者责任延伸制度,电池生产商负责组织回收退役电池。另外,美国很早就对退役动力电池梯级利用进行了研究,美国先进电池联合会(USABC)和美国能源部分别在1996年和2002年资助了动力电池的回收利用研究。和美国一样,日本《促进建立循环型社会基本法》、《固体废弃物管理和公共清洁法》、《资源有效利用促进法》等法规体系也规定电池生产商自行回收退役动力电池,政府给予生产商相应的补助。

  最后说说我国,2018年年初,七部委联合印发《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》,规定了车企承担动力电池回收责任。而为了更高效地进行梯级利用,《暂行办法》还要求电池生产企业采用标准统一、协议开放的易回收设计,还要向车企提供电池拆解、存储技术信息,方便进行再生/梯级利用。

  除了国家政策之外,各个地方也出台更为细致的回收方案,例如深圳市提出,对汽车按照20元/kWh的标准计提动力电池回收处理资金,然后给予该金额的50%作为回收补贴。

  除了上文提及到长安、比亚迪、北汽新能源等多家车企已经和中国铁塔合作,实现梯级利用之外,电池生产企业也在积极做出响应,包括但不仅限于下面几个例子:

  大众计划在德国萨尔茨吉特建立一家电池回收工厂,2020年起每年接收近1200吨退役动力电池。

  特斯拉CTO、联合创始人之一Straubel成立了Redwood Materials新公司,主打全行业的电池回收(再生利用、非梯级利用)。

  日产和住友集团合资成立4R Energy公司,用聆风的退役电池作为商用、住宅的储能设备。

  截至目前,国内已有393家车企,44家报废汽车回收拆解企业、37家梯级利用/42家再生利用企业加入了新能源汽车国家监测与动力蓄电池回收利用溯源综合管理平台。无论在国内还是欧美日等发达地区,退役动力电池的回收利用产业链都在日益成熟。