在這篇文章中，我們主要解釋了鋰電池的回收利用，以及鋰離子電池的維修、再制造和再利用（第二壽命）。鉛酸電池在廢舊電池回收技術(shù)和行業(yè)中已經(jīng)相當(dāng)成熟，而鋰離子電池仍處于初級(jí)階段。

鋰離子電池沒有回收要求或規(guī)定。鋰離子電池的再利用仍處于初級(jí)階段。由于不同的鋰電池組具有不同的特性和模塊結(jié)構(gòu)，因此很難匹配不同的模塊或電池進(jìn)行二次利用。

此外，隨著鋰電池價(jià)格的下降，例如，美國(guó)能源部和美國(guó)先進(jìn)電池聯(lián)盟將鋰離子電池的價(jià)格目標(biāo)分別設(shè)定為每千瓦時(shí)100美元和150美元，這將使鋰電池回收利用沒有足夠的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

然而，按照目前的價(jià)格趨勢(shì)，這還需要一段時(shí)間，因此鋰電池回收在短期內(nèi)是可行的。從資源角度來(lái)看，鋰電池回收再利用是鋰離子電池行業(yè)和電動(dòng)汽車/儲(chǔ)能行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

盡管缺乏回收標(biāo)準(zhǔn)，但市場(chǎng)上的鋰離子電池?cái)?shù)量仍然很少。盡管近年來(lái)電動(dòng)汽車性能強(qiáng)勁，嚴(yán)重依賴鋰離子電池，但它們使用的電池仍處于使用壽命的早期階段，這意味著它們可能需要五年或更長(zhǎng)時(shí)間才能報(bào)廢、回收或重新制造以供重復(fù)使用。

盡管鋰離子電池組正處于商業(yè)應(yīng)用的早期階段，但市場(chǎng)上仍有一些電池處于回收階段。

 

鋰離子電池才剛剛開始使用，而且有很多nimH電池即將報(bào)廢，這促使一些制造商建立電池回收和再利用的基礎(chǔ)設(shè)施。這也可以為未來(lái)鋰電池的回收利用提供經(jīng)驗(yàn)。

鋰電池回收的價(jià)值主張不是很好，尤其是在重復(fù)使用電池方面。但可以想象的是，與鉛酸電池一樣，未來(lái)汽車用鋰離子電池的價(jià)格包括其“潛在價(jià)值”的一部分（可以解釋為電池壽命結(jié)束時(shí)的價(jià)值）。

從本質(zhì)上講，這代表了客戶對(duì)電池初始?jí)勖Y(jié)束的期望回報(bào)。車主在安裝鉛酸電源啟動(dòng)汽車時(shí)也有同樣的想法。

未來(lái)，對(duì)于制造商和經(jīng)銷商來(lái)說，這可能是一種有趣的商業(yè)模式：例如，制造商可以扣除這個(gè)“潛在價(jià)值”，以降低電池的價(jià)格，但前提是與客戶達(dá)成協(xié)議，電池在使用壽命結(jié)束時(shí)將退還給經(jīng)銷商。

 

為了做好鋰電池的回收和再利用，特別是在產(chǎn)品的早期階段，回收廠必須遵守行業(yè)專家總結(jié)的4R，即維修、再制造、翻新和再利用。與原始電池一起回收。

現(xiàn)在回收工廠面臨著許多問題。一個(gè)是當(dāng)產(chǎn)品被回收用于再制造時(shí)出現(xiàn)的法律問題。當(dāng)電池組在重新制造和使用后出現(xiàn)故障時(shí)，誰(shuí)來(lái)保修？電池組的原始制造商、回收廠還是電池組的用戶？

因此，妥善處理回收過程中的法律問題，有利于鋰電池回收的順利進(jìn)行。

 

鋰電池回收和再利用：維護(hù)和再制造

電池維修和再制造在回收過程中經(jīng)常被忽視，但它們確實(shí)是電池服務(wù)業(yè)最重要的兩個(gè)方面。一些大型電動(dòng)汽車制造商有大量的售后服務(wù)基地，但小型公司和電池制造商沒有。

因此，形成一個(gè)良好的售后服務(wù)行業(yè)，可以為電池行業(yè)提供保修、維護(hù)等服務(wù)。它還可以幫助一些公司減少對(duì)售后業(yè)務(wù)的投資，專注于他們所擅長(zhǎng)的領(lǐng)域。

維修和售后服務(wù)也面臨許多問題，例如需要保持一定的庫(kù)存。損壞或部分失效的電池被轉(zhuǎn)移到電池服務(wù)和維修廠，使電池定期充電和放電，進(jìn)一步鞏固電池循環(huán)的穩(wěn)定性。

例如，鋰離子電池往往會(huì)失去容量。為了避免永久性的容量損失，需要定期充電和放電，這在售后維修工廠可以很容易地完成。

 

鋰電池回收再利用：清潔、再利用和二次生命

盡管如此，鋰電池的回收和再利用是有希望的，使用回收材料可以降低成本。在設(shè)計(jì)電池組時(shí)，大多數(shù)制造商將首次使用壽命定義為電池容量和功率衰減到初始值的80%。

 

 

例如，日產(chǎn)聆風(fēng)電池組的總?cè)萘繛?4kWh，當(dāng)其達(dá)到80%的容量時(shí)，即約19.2kWh時(shí)，其第一壽命結(jié)束。此時(shí)，電池組的滿充能量為19.2kWh，放電僅使用80%，即約15kwh的可用能量。

如果電池組的一個(gè)模塊被拆卸、清潔并重新安裝到另一個(gè)模塊中，它可以在幾年內(nèi)繼續(xù)提供低電池容量。

目前，鋰電池回收再利用的棘手問題是沒有電池芯的標(biāo)準(zhǔn)。不同的電池制造商生產(chǎn)不同的電池，不同的模塊需要不同的電池。每個(gè)電池都有不同的化學(xué)系統(tǒng)，這使得很難匹配不同的電池模塊進(jìn)行重復(fù)使用。

此外，許多鋰離子電池制造商將電池焊接到模塊中，幾乎不可能更換電池內(nèi)的電池，整個(gè)模塊要么被使用，要么被回收。

在電池的第二生命過程和電池價(jià)值鏈開始時(shí)，電池能量衰減到總能量的80%。如下圖所示，電池二次壽命價(jià)值鏈在其第一個(gè)壽命結(jié)束時(shí)，將由電池服務(wù)中心從動(dòng)力車上移除，并轉(zhuǎn)移到工廠進(jìn)行鋰電池回收和再利用。

 

一旦對(duì)電池的容量、電壓和運(yùn)行性能水平進(jìn)行了評(píng)估和測(cè)試，電池就會(huì)發(fā)生故障，其各種部件（塑料、金屬等）會(huì)被轉(zhuǎn)移到不同的回收線。對(duì)模塊進(jìn)行拆解，并對(duì)電池進(jìn)行表征和測(cè)試。

如果將模塊焊接在一起，則將直接表示測(cè)試。如果這兩個(gè)模塊不符合最低性能標(biāo)準(zhǔn)，它們將被直接送到回收處。如果是這樣，電池會(huì)根據(jù)容量分為不同的組，然后重新組裝，開始電池的第二次使用壽命。

當(dāng)重復(fù)使用鋰離子電池單元或模塊時(shí)，最重要的事情之一可能是對(duì)其進(jìn)行表征。電池組的整體容量和能量受到電池組中能量和容量最低的電池的限制。

類似地，當(dāng)電池和模塊被重新組裝時(shí)，電池組的最終性能受到性能最低的電池的限制，因此希望模塊中的電池在電壓和容量上接近匹配。另一方面，電池模塊和電池需要根據(jù)老化標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行匹配。

較低容量的電池會(huì)降低電池組的最終容量，而較長(zhǎng)的電池或模塊壽命將限制新電池組的壽命。因此，在評(píng)估電池和模塊的二次壽命時(shí)，不僅需要考慮容量匹配，還需要考慮電池健康狀態(tài)（SOH）匹配。

同樣的規(guī)則也適用于電池組：不能將70%的健康電池或模塊與100%的健康電池組組裝在一起。例如，在電池組中，如果在90%的健康電池組中添加70%的健康模塊，則較低的健康模塊將首先發(fā)生故障，從而破壞其他模塊——理論上，電池壽命由最差的電池或模塊決定。

因此，在組裝或重新組裝模塊時(shí)，最好選擇具有相同容量和健康狀態(tài)的電池或模塊。

 

除此之外，如今鋰電池回收和再利用面臨的兩個(gè)最大問題可能是電池采購(gòu)和翻新成本。由于電動(dòng)汽車的數(shù)量仍然很少，而且每年的銷量有限，因此沒有足夠的電池進(jìn)行維修和重復(fù)使用。

也無(wú)法預(yù)測(cè)每年有多少電池會(huì)流入回收市場(chǎng)，因?yàn)檫\(yùn)營(yíng)中的電動(dòng)汽車的壽命仍然未知，預(yù)計(jì)壽命結(jié)束仍然遙遙無(wú)期。截至2014年，雪佛蘭Volt和日產(chǎn)Leaf電動(dòng)汽車的使用年限僅為四年，仍需要四到六年才能達(dá)到保修期。

我們假設(shè)保證期與第一次電池壽命相同。隨著新型電動(dòng)汽車不斷進(jìn)入市場(chǎng)，需要維修或回收的電池組數(shù)量將穩(wěn)步增加。但進(jìn)入回收階段的電池組仍然很少。

電池清潔成本也是鋰電池回收再利用行業(yè)的瓶頸問題。電池清潔考慮了將電動(dòng)汽車運(yùn)輸?shù)骄S修廠、測(cè)試、再制造和重新組裝，以及非維護(hù)成本、保修和利潤(rùn)率。

 

 

目前，只有少量電池進(jìn)入了重復(fù)使用市場(chǎng)，而且電池的非維護(hù)成本相對(duì)較高，而且是分期支付的，因此初始成本非常高。雖然這比購(gòu)買新電池便宜，但除非電池?cái)?shù)量大幅增加，否則這仍然是一筆巨大的費(fèi)用。

 

鋰電池回收合作

一些汽車制造商已經(jīng)在與鋰電池回收和維修公司合作，重新使用經(jīng)過初步測(cè)試的電池。通用汽車和日產(chǎn)已經(jīng)有了類似的合作伙伴關(guān)系。

2012年，通用汽車與ABB合作，重新組裝雪佛蘭Volt電池組，為汽車提供兩小時(shí)的額外電力，他們還在一系列電網(wǎng)和固定儲(chǔ)能設(shè)備中使用該技術(shù)。

同樣，日產(chǎn)汽車公司（Nissan Motor Co.）與住友商事株式會(huì)社（Sumitomo Corp.）的4R能源回收合資企業(yè)4R打算整合太陽(yáng)能，通過使用大規(guī)模電網(wǎng)為電網(wǎng)提供穩(wěn)定的可再生能源供應(yīng)。

一些大學(xué)還建立了儲(chǔ)能系統(tǒng)的第一生命和第二生命示范項(xiàng)目。除了建設(shè)最大的燃料電池項(xiàng)目、30kW太陽(yáng)能存儲(chǔ)和液流電池設(shè)施外，加州大學(xué)圣地亞哥分校最近還增加了一個(gè)鋰高亞電池項(xiàng)目，包括鋰離子電池第二生命項(xiàng)目。該項(xiàng)目為電動(dòng)汽車的二次電池提供耐久性測(cè)試。

目前，只有少數(shù)公司參與鋰電池回收、維修、再制造和清潔4R，包括ATC新技術(shù)的子公司Spiers新技術(shù)。

Spiers新技術(shù)主要從事高壓電池系統(tǒng)和模塊的維護(hù)和清潔、高壓電池組從制造商到商家的退貨物流、電池等級(jí)分析、電池再制造和二次匹配、不同等級(jí)的二次生命電池市場(chǎng)和鋰電池回收準(zhǔn)備。

Sybesma的電子公司致力于類似的鋰離子電池4R。Sybesma’s最初是一家電動(dòng)汽車和電子產(chǎn)品的維修公司，現(xiàn)在也提供鎳基電池和鋰電池的回收、清潔和維修服務(wù)。

這兩家公司在美國(guó)創(chuàng)建了一個(gè)二次生命活動(dòng)行業(yè)，如鋰電池回收、維修、清潔。如果政府法規(guī)能夠指導(dǎo)鋰電池的回收和再利用，鋰電池回收廠將以更健康的方式發(fā)展。

 

 

鋰電池回收和再制造

鋰離子電池和電池組含有多種可回收材料，包括鋰、鈷、錳、鎳、銅、鋼和塑料。然而，沒有激勵(lì)或監(jiān)管激勵(lì)公司收回電池，市場(chǎng)對(duì)資本投資也沒有效率。

因此，許多電池和電池組制造商正在自行處理問題，將鋰電池的回收，如電池組件的回收，甚至整個(gè)電池組的回收，留給其他專業(yè)公司。

鋰離子電池中貴金屬的回收需要大量的能源，所收集材料的價(jià)值無(wú)法覆蓋回收過程的消耗。目前開發(fā)的方法，如貴金屬的高溫或低溫提取，可以有效地分離電池組件。

在高溫下，電池熔化，組成材料分離。鈷、鎳和銅在這個(gè)過程中可以被回收，而鋰、鋁、錫和錳通過爐渣分離，爐渣經(jīng)過精煉后仍然消耗大量能量。

一些回收材料可以提煉并用于電池，而另一些材料還不足以用于電池，但可以用于其他應(yīng)用。在低溫鋰電池回收方法中，電池被深度冷凍和壓碎后，材料最初通過一系列過濾和振蕩分離。

低溫加工比高溫加工能耗更低，但需要對(duì)材料質(zhì)量進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估，以確定其是否可以用于電池領(lǐng)域。如果沒有，這種材料只能用于其他領(lǐng)域或簡(jiǎn)單地回收。

第三種鋰電池回收方法是物理分離。對(duì)于磷酸鐵鋰、鈷氧化物鋰、錳氧化物鋰和三元系統(tǒng)等單電池系統(tǒng)，手動(dòng)處理雖然效率低下，但可以通過電解液、負(fù)極材料甚至正極材料重新進(jìn)入電池價(jià)值鏈，其余材料被回收。

鋰電池回收的一個(gè)挑戰(zhàn)是區(qū)分鋰電池系統(tǒng)和材料。關(guān)于利用鉛酸電池回收原理回收鋰電池的報(bào)道很多。這不是一個(gè)好主意?；旌鲜褂眠@兩種類型的電池可能會(huì)引發(fā)火災(zāi)。

這就是為什么一開始給鋰離子電池貼標(biāo)簽很重要，汽車工程師協(xié)會(huì)已經(jīng)制定了一些鋰電池回收和標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)。隨著鋰電池回收量的不斷增加，建立鋰電池回收工廠和運(yùn)營(yíng)商的安全標(biāo)準(zhǔn)變得越來(lái)越重要。

鋰電池回收中另一個(gè)值得討論的話題是如何在回收過程中找到有價(jià)值的材料。鋰電池回收利用的價(jià)值與材料的價(jià)值直接相關(guān)。

鋰離子電池中的鎳和鈷的價(jià)格更高，回收價(jià)值更高，而磷酸鐵或錳鋰的價(jià)格更低，因此花費(fèi)高成本回收低價(jià)值材料是得不償失的。只有當(dāng)回收材料的價(jià)值高于回收過程的成本并低于新材料的成本時(shí)，鋰電池的回收才是經(jīng)濟(jì)的。

 

 

世界上有兩家公司在鋰電池回收方面投入了大量資金。Umicore是一家全球性材料公司，是鋰電池回收行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者。該公司已在德國(guó)和比利時(shí)的工廠進(jìn)行了大量投資，并準(zhǔn)備進(jìn)一步擴(kuò)大鋰電池回收行業(yè)。

在美國(guó)，能源部正在向Toxco提供950萬(wàn)美元，以擴(kuò)大俄亥俄州的鋰電池回收行業(yè)，該行業(yè)已經(jīng)擁有電動(dòng)汽車鉛酸和鎳氫電池的回收工廠。Toxco也是北美電池回收市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者。

目前，這兩家公司是鋰電池回收行業(yè)的龍頭企業(yè)，在未來(lái)的鋰電池回收產(chǎn)業(yè)中處于有利地位。