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新能源汽车另一面:废旧动力电池的环保与回收

作者:腾马丁博士 来源:车图腾 发布时间:2019-05-30 浏览:

动力电池——新能源汽车最重要的部件之一,也承载着环保问题的巨大争议。

前期污染

车图腾在先前文章中写过,要测算新能源汽车是否比燃油车环保,要算一辆新能源汽车的全生命周期,即“材料生命周期”,包括汽车原材料的采集、运输、加工、制造和回收(比如动力电池原材料开采和生产回收)。(传送门)

有很多研究机构测算,在动力电池的生产过程中会造成巨大污染,因此很可能使新能源汽车的排放远大于传统燃油车。

以锂电池为例,按照其基本组成与加工流程,其污染主要有三大源头:

1.负极:材料通常为石墨、钛酸锂、硅基、锡基材料。其中石墨分为天然石墨和人造石墨。天然石墨来源于石墨矿,其开采过程中存在比较严重的污染;人造石墨,是用石油焦或是沥青等高分子物高温石墨化制成,基本无污染,但是一些锂电池中石墨浮选的回收方法,可能存在一定程度的污染。

2.正极:目前的正极材料有磷酸铁锂、锰酸锂、三元材料、钴酸锂、镍钴铝酸锂。磷酸铁锂和锰酸锂没有重金属,不如铅酸电池污染大,但也属于轻污染。

三元材料:镍钴锰酸锂,用途广泛,电动自行车、电子产品、航模等,其中钴元素有毒。

3.电解液:由有机溶剂和锂盐组成,有机溶剂中碳酸二甲酯存在轻微程度的污染。锂盐中包含六氟磷酸锂,遇水会水解生成氟化氢,有毒。

此外,在锂电池中的外壳材料、隔膜、黏结剂中均会出现白色污染,加工过程也会有一定程度上的环境污染,如存在一定毒性的NMP(N-甲基吡咯烷酮)。

回收困境

随着新能源汽车产业高歌猛进地发展,“材料生命周期”的另一部分——动力电池回收,就更加迫在眉睫。

遗憾的是,我国的电池回收产业尚不成熟。而且,成熟完善的回收体系需以企业利润为前提,若企业无法实现经济效益,回收工作又耗资巨大,那么无论是政策补贴还是企业自觉都很难可持续发展。

目前动力电池回收利用的两个主要方向是梯级利用和拆解回收。

梯级利用指从电动汽车上退役的动力电池,在电池状态良好的情况下,可用在发电站储能、电网储能等相关领域作为电能储存的载体,发挥剩余价值。类似于“玩具车用过后,收音机还能接着用”。

典型例子包括北汽新能源、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。当然,比亚迪也有深入布局。

不过梯次利用目前也面临一些技术问题,如离散整合技术和寿命检测技术。由于不同厂商生产的电芯一致性差异较大,缺乏统一标准,在拆解和重新组合时通常会遇到兼容问题。

整体来看,梯次利用的投入成本仍高于采购新电池的成本,虽然消化退役电池的优势明显,但在目前的条件下并不具备性价比。

拆解回收是将电池进行彻底分解并资源化回收利用。对动力电池进行放电和拆解后,提炼出的原材料(特别是对钴、镍、锰、锂)等贵重元素的回收,实现电池材料的循环利用,看起来相对“有利可图”。

但实际回收起来,这种方式的经济效益也没有想象中的高。有研究报告测算,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。而目前市面上的企业多为中小企业,难以形成规模效应,依然盈利困难。

下一个风口,全球加速布局

尽管在技术层面又难以突破的困难,但是行业对动力电池回收市场依旧保持乐观。

国际市场研究机构Allied Market Research日前发布电动汽车电池回收市场研究报告称,到2025年全球电动汽车电池回收市场规模将达到22.7亿美元,期间年复合增长率达到41.8%。起点研究更为激进,预计中国2021年动力锂电回收市场将达到105亿元。

“未来动力电池的市场规模会非常巨大,我们更愿意自己回收并建立自身的回收能力和体系。”大众集团技术规划主管托马斯·蒂耶说。大众集团近日表示,计划在其德国萨尔茨吉特工厂启动电池回收试点项目,自2020年起,该厂每年将回收约1200吨废旧车用锂电池。

显而易见,废旧电池的回收也有助于降低大众集团对原材料的依赖。

根据大众集团的预估,目前电池组的原材料回收利用率为53%,而上述试点项目可将其提升到72%。大众集团相信,未来10年内,该集团能将电池组原材料的回收利用率提升到97%。

事实上,汽车制造商、电池厂商等在电池回收方面负有义不容辞的责任。丰田、比亚迪、日产、戴姆勒、宝马、大众、雷诺、通用等主流车企已经对动力电池及材料回收开始摸索。

欧盟、中国、日本、美国等国家和地区已经从政策层面进行顶层设计与规划。以中国为例,2018年工信部联合七部委出台《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》等一系列政策新规,今年2月22日工信部发布的《新能源汽车动力蓄电池回收利用调研报告》,预示着动力电池回收即将进入规范化管理阶段。

但是,多位专家指出,目前动力电池回收市场乱象丛生,小黑作坊活跃。一方面,政府应鼓励规范性企业进入,降低行业“门槛”;另一方面,由于当前动力电池回收模式尚不清晰,企业难以盈利,建议政府在规范管理的同时加强对企业的扶植。

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关键字:动力电池回收

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