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为何锂离子电池的回收和再生如此重要?

作者:刘伯洵 来源:中国储能网 发布时间:2019-10-09 浏览:
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中国储能网讯:锂离子电池的应用和发展

如今,锂离子电池已经广泛应用在从便携式电子产品到电动汽车等各种设备和场合中。而越来越多的能源厂商也将锂离子电池应用于储能系统,通常将其与可再生能源发电设施配套部署。根据彭博新能源财经公司的最新预测,随着锂离子电池价格的持续下降,以及可再生能源发电量的日益增长,预计到2040年全球部署的储能系统的累计容量将到2,857GWh。

调研机构的预测描绘了一个令人鼓舞的前景:随着全球可再生能源和清洁能源采用量的迅速增长,基于锂离子电池的储能应用也越来越广泛。在电动汽车以及电网规模的储能应用的推动下,锂离子电池的销售量将会激增(如图1所示)。图2中的图表描述了预计到2025年锂离子电池的销售量(以吨为单位)。锂离子电池数量的大量增长促使行业厂商致力于寻求一种具有商业规模并且经济可行的回收解决方案,用于大规模处理和回收废弃的锂离子电池,以下将探讨锂离子电池回收行业当前面临的一些挑战,以及克服障碍的方法和机会。

图1. 2018年至2040年全球累计部署的锂离子电池储能系统装机容量(单位:GW)

图2. 2008年至2025年全球锂离子电池销售量(单位:吨)

锂离子回收行业的挑战

1、回收与采购

资源的回收和处理通常面临一系列独特的挑战,需要适应经济和技术的发展。这些资源通常是广泛分布的,因此难以为其处理和回收工厂收集大量原料。相比之下,尽管铅酸电池回收等一些行业的收集和回收供应链已经构建并日益成熟,但锂离子电池回收供应链仍在不断变化和发展中。回收者在回收时可以将锂离子电池以便携式、小尺寸和大尺寸进行分类,分别对应于锂离子电池的电压(低压、中压、高压)。每种类型的锂离子电池都有不同的利益相关者群体——例如,制造商、经销商、电子产品回收商以及车辆回收商。在储能领域也存在一些利益相关者群体——电池提供商、储能集成商、储能项目开发商和储能资产所有者。通过广泛的利益相关者管理锂离子电池的固有异质性,这是锂离子资源回收行业厂商面临的一个主要挑战。

2、运输与法规

锂离子电池由于具有化学和电气双重风险,目前被归类为第9类危险品。锂离子电池具有热失控的缺点,通常是由于内部短路而导致起火或爆炸。有许多因素可能导致锂离子电池热失控,其中包括过度充电、环境条件恶劣(例如极端外部温度)和制造缺陷等。在热失控发生时,锂离子电池通常会在几秒钟内从室温提高到700℃以上。作为复杂的化学反应的一部分,锂离子电池中的电解质溶剂(通常为碳酸烷基酯)是电池燃烧的主要燃料。

当处理严重损坏或有缺陷的锂离子电池时,必须格外小心,因为这样会增加热失控的风险。通常采和专用容器(例如,Genius Technology公司用于中压至高压锂离子电池的LionGuard容器)与不易燃的包装材料配合使用,以安全地运输这些电池。随着锂离子电池总体数量的增加,在各种应用中损坏或具有缺陷的锂离子电池的数量也随之增加。如今,锂离子电池资源回收行业日趋成熟,但世界各国的相关法规差异很大。随着新行业和研究报告的发布,这些法规每年也可能发生重大变化。因此,在厂商开发和回收锂离子电池的过程中,需要密切跟踪相关法规(包括物流)方面的变化。

3、安全与储存

运输和法规变更的挑战通常围绕一个关键因素:安全。对于处理、运输、储存、加工锂离子电池的厂商来说,安全性至关重要。因为锂离子电池存在热失控的风险,这对锂离子电池的处理和运输提出了独特的挑战。具体而言,最安全的方法是在现场使用尽可能少的锂离子电池,以减轻发生热失控事件的风险。但是,这与确保大量废弃锂离子电池用于加工和处理目的的要求相矛盾。当前废弃锂离子电池(便携式/小型电池)通常来自手机、笔记本电脑和其他消费类产品),这使其安全存储的发展更加复杂。废弃的便携式锂离子电池通常与其他类型的电池混杂在一起。在初步检查时,工作人员对于收集的电池状态(是否完好无损)并不了解,通常只有在分类或处理时才会了解。而对于储能系统中的锂离子电池,必须严格实施有关托盘/机架间距,储存密度以及在存储空间采用灭火系统等协议,以减轻与锂离子电池热失控和着火有关的风险。

废弃的锂离子电池回收和处理面临的挑战

从电池回收工艺的角度来看,由于锂离子电池原料的高度异质性,与传统的金属资源回收相比,锂离子电池的回收面临独特的挑战。目前,市场上的锂离子电池至少存在14种不同类型的阴极材料,当考虑特定成分时,每种阴极材料都有所不同。对于传统的金属资源,采用主要回收措施可能回收1到4种金属元素(例如铜、金、银和铂等)。但是,锂离子电池可能需要考虑回收利用20多种元素,如图3中的元素组成。另外,这些金属元素通常与无机材料、有机材料和塑料混杂在一起,这进一步使锂离子电池的回收过程复杂化。为了能够分离出有价值的成分,通常需要具有许多单独单元操作的复杂工艺流程图。在这种情况下,电池回收工艺流程进行的物理测试工作是非常关键的,并需要通过技术和经济来驱动。

例如,Li-Cycle公司就是一家专注于锂离子电池资源回收技术的公司。自2016年合并以来,Li-Cycle公司开发了一种独特的回收工艺,该工艺采用机械预处理和湿法冶金方法可以回收锂离子电池材料的80%~100%。该公司采用这一先进的资源回收流程,致力于从各个供应链参与者那里采购废弃的电池,并对安全性进行优先排序,这成为了Li-Cycle公司实现其锂离子电池回收技术全球商业化目标的基本要素。

机遇与未来展望

在未来的二十年中,用于储能系统和其他应用的锂离子电池的全球数量将稳步增长,这凸显了未来这些电池都必须有可持续的回收途径。电池回收厂商的使命是利用其创新解决方案来应对新兴的挑战,因此需要改进的技术和创新的供应链,以更好地回收这些电池,并满足对关键且稀缺的电池材料迅速增长的需求。锂离子电池成为了碳基经济向可持续能源转型的关键驱动力,可扩展性、低成本、安全性和环境可持续性是锂离子电池回收技术的核心原则,并将大量减少温室气体排放。

为了确保产生积极影响,必须构建一个完善的回收体系大规模地安全处理和回收废弃的锂离子电池,并将回收的电池材料重新整合到锂离子电池供应链中,促进更广泛的经济发展,同时防止对环境和安全产生负面影响。

关键字:锂电池 回收 梯次利用

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