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电动汽车废旧电池回收再利用与处理方法概述

作者:user 来源:  日期:2019-09-18 23:38

近年来电动汽车快速发展,与此同时带来了退役电动汽车蓄电池的回收问题。本文分析了电动汽车退役电池的后续回收问题。回收的电池主要有两个去向,一是梯次利用,二是化学拆解。文中列举了现有的废旧电池资源性回收工艺及市面上的各种梯次利用方式。结果表明:我国对废旧电池的处理并不完善,而电池直接资源性回收成本较高,进行充分的梯次利用后再化学拆解,电池利用率较高并能有效降低花费。最后,对我国的电动汽车退役电池回收与再利用提出了一些建议。 
一、背景 
  电动汽车成为未来汽车产业发展的新方向,既节能又环保,消除了潜在客户的消费顾虑,又能同时兼顾解决环境污染与能源枯竭问题。电动汽车采用电能取代石油等化石燃料作为动力,是未来交通的唯一长远解决方案。 
  应用在电动汽车上的储能技术主要是电化学储能技术,即铅酸、镍氢、镍镉、锂离子、钠硫等电池储能技术。过去这些储能技术分别在比能量、比功率、充电技术、使用寿命、安全性和成本等几方面存在严重不足,制约了电动汽车的发展。近年来,电动汽车电池技術的研发受到了各国能源、交通、电力等部门的重视,电池的多种性能得到了提高,如锂离子电池技术在安全性方面取得了突破性进展。这些将有望推动电动汽车的大规模商业化。 
  二、动力电池资源化回收 
  物理拆解:分为破碎浮选法和机械研磨法。前者工业简单但分离回收困难,后者成本高,金属损失率大。 
  火法冶炼:通过高温焚烧分解去除起粘结作用的有机物,以实现组成材料的分离。这种方法反应速度快,效率高;对原料的组分要求不高,适合处理较复杂的电池。但对设备要求高;存在废气等环境问题,需要增加净化回收设备,处理成本高。 
  湿法冶炼:湿法冶金方法是对锂电池进行破碎分选-溶解浸出-分离回收的处理过程。其中溶解浸出分为酸直接浸出和碱转化后酸浸。 
  生物冶金:利用微生物菌类的代谢来实现对钴、锂等元素的浸出。该方法成本低,污染小,能源消耗低,微生物可重复利用;但微生物菌类培养困难,浸出环境要求高。[13-15] 
  三、梯次利用 
  梯次利用概况 
  电动汽车上的锂电池寿命终结后,仍具有约70%~80%的容量。动力锂电池的残余容量可以考虑用于其他性能要求较低的应用领域,如用于电动自行车、游览车等的电源,或者用于储能。通过动力电池的梯次利用,可以缓解大量电池进入回收阶段的压力,也实现了节能减排。同时,建立动力电池的回收与二次利用体系,充分发挥锂电池的容量价值,在一定程度上能够有效地分摊电动汽车消费者的使用成本。 
  梯次利用的案例: 
  北京市大兴电动出租车充电站“梯次利用电池储能系统示范工程”——5kW/100kWh。稳定节点电压水平,离网运行。 
  唐山曹妃甸“梯次利用电池储能系统示范工程”——25kW/100kWh。移峰填谷,保证用户供电可靠性和电能质量,离网运行。 
  “动力电池电动自行车梯次利用技术方案”——对电动汽车报废电池的电芯进行重组,改造成用于48V电动自行车的动力电源,实现节能减排。 
  郑州市尖山真型输电线路试验基地“退役电池储能示范工程”——由多晶硅光伏发电系统、风力发电系统、退役电池储能双向变流器以及退役电池储能系统组成的风光储混合微电网工程。 
  北汽新能源汽车产业基地“汽车动力电池系统梯次利用及回收示范线”——利用退役动力电池在电动场地车、电动叉车和电力变电站直流系统上进行改装示范。[6] 
  通过以上案例,梯次利用在理论研究和示范工程方面较多,尚未实现成熟的商业化项目。示范工程,大多集中于分布式发电、电网储能和充电站等,多为中大规模的电池系统,比较适合课题性的研究和成果的展示,在应用方面的探索,还需要更多样化。在商业应用方面,家庭储能、商业储能、移动电源、应急电源等小型灵活的设备,具有比较广阔的前景。 
  梯次利用的难点与挑战 
  汽车蓄电池的梯次利用仍存在许多难点和挑战,例如,电池工艺不同拆解系统难以统一;剩余寿命预测增加成本;以及电池管理系统的鲁棒性等。 
  四、结论 
  通过考量我国退役汽车电池的回收情况,结合国外经验,对于退役电池回收提出了以下建议: 
  1.引导建立透明通畅的废旧动力电池回收网络,推动建立可全程监控的良性回收体系。借助互联网、物联网,对动力电池制造、流通、回收全过程进行监控,避免流入小商贩手中,实现每一组动力电池全部完整回收。 
  2.探索动力电池的梯次利用技术。对退役动力电池进行安全、高效的梯次利用。 
  3.探索更加高效清洁的生产技术。寻求高效、清洁的拆解与冶炼技术,避免造成“二次污染”。 
  4.国家有关部门在政策、资金等方面支持动力电池循环产业发展。 

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