退役动力电池的短流程再生利用技术

（摘录自《全球工程前沿2022》，中国工程院全球工程前沿项目组编）

随着新能源行业的快速发展，锂离子电池退役潮所引发的资源和环境问题在世界范围内受到广泛关注。退役动力电池结构复杂，成分多变，赋存多种高品位关键有价金属。传统的湿法冶金工艺流程长、能耗高、污染重、提取率低，无法适用于新型动力电池废料。如何针对退役电池种类的多样化、结构的复杂化、组成的差异化，发展以“短程”“高效”与“清洁”为核心的变革性退役电池再生利用新技术，实现短流程资源化利用，对于世界各国都有着至关重要的意义，也将为未来更复杂多样的新型新能源电池的再生利用提供借鉴意义。中国退役动力电池的资源化利用起步较早，在基础研究和工业应用方面发展较快，产业化规模大，处于世界引领地位。

未来退役动力电池的短流程再生利用的研究重点应关注在基础理论创新、技术研发突破和数据平台建设 3 个方面。具体来看：首先，构建退役动力电池再生利用全产业链低碳、绿色、高效循环利用创新研究理论体系；其次，持续开发退役动力电池短程、安全、低碳循环利用关键技术，实现正负极材料短程再生；最后，构建全产业链碳足迹分析和再生利用过程系统评价方法，开发基于大数据的全过程物质代谢数据信息平台。

解读：

锂离子电池是电动汽车的主要动力电源之一。中国是全球最大的锂离子动力电池生产国和消费国，同时拥有全球最高的动力电池装机量。动力电池的平均寿命为 8~10 年。2020 年，中国动力电池累计退役总量约 20 万 t，而到 2025 年，退役动力电池总量将升至约 78 万 t。中国长期处于缺钴贫锂少镍的现状（总体对外依存度 >80%），退役动力电池是赋存镍钴锰锂等关键金属的重要二次资源，因此迫切需要突破退役锂电的高值资源化技术瓶颈，保障资源供给安全，应对新能源行业可持续发展面临的巨大挑战。

退役动力电池结构复杂、成分多变，除含有上述有价金属外，还含有电解液等毒害物质和低值伴生元素。其循环利用过程流程长、复杂度高，具有显著的学科交叉特征。其中研究最广泛、关注度最高的是退役锂电的再生利用环节。目前退役电池资源化技术主要分为湿法冶金、火法冶金和直接再生。

比利时的优美科采用火法冶金工艺进行金属的回收利用，无需预处理过程，但能耗高、易排放有毒有害气体，存在较大的环境风险。湿法冶金过程较为成熟，具有低能耗、高回收率等优点，在中国市场应用率高。目前，镍、钴等金属的回收率可达 98%以上，而锂的回收利用仍存在回收率低、成本高的问题。

近年来，锂离子电池的回收热度不断提高，相关研究机构和企业在技术方面取得众多进展。从资源提取角度，研究主要分为两个阶段：早期的金属元素全浸出和近期的优先提锂为核心的金属梯级提取。目前，中国科学院过程工程研究所开发了针对钴酸锂、三元锂、磷酸铁锂、锰酸锂等不同废料的选择性提锂技术路线，构成了基础—技术—装备的系统研究链条。通过优先提锂，可以显著缩短锂回收流程、提高锂的综合回收效率，从而缩短整个锂电池的回收流程，对过程减污降碳具有重要意义。

从总体回收效率角度考虑，提高退役电芯预处理阶段的技术水平，实现更精细化分选是目前行业的发展方向。近期提出的梯级热解–精细分选的技术思路可规避预处理过程中大量毒害溶剂挥发等问题，提高黑粉解离效率和降低杂质元素含量，并可以实现正负极粉料的高效分选。另外，免放电破碎也受到目前行业的关注，但主要在磷酸铁锂电池等方面进行了尝试，在安全性、物料适应性以及经济性等方面仍在进行攻关推进。从减污降碳方面考虑，提高介质循环效率，推动氨氮、高盐、高化学需氧量（chemical oxygen demand，COD）废水处理及资源化利用具有重要意义；加强废盐、含重金属废渣、废石墨等利用也势在必行；同时需要关注所得产品的碳足迹以及全过程的碳排放情况，进一步提高行业技术水平。

表2.2.5（略）中列出了“退役动力电池的短流程再生利用技术”工程开发前沿中核心专利的主要产出国家。其中，中国是专利产出最多的国家，且专利产出数量远高于其他国家。由图2.2.6（略）可知，各主要国家之间的合作较为薄弱，仅中国与加拿大有合作。表2.2.6（略）中列出了该领域核心专利的主要产出机构。科研院校和机构方面，中南大学、中国科学院过程工程研究所的专利产出数量处于前列；企业方面，日本的住友金属矿山株式会社以及中国的合肥国轩高科动力能源有限公司和广东邦普循环科技有限公司处于前列。各主要机构间还未有合作。