陳益慶,查文珂,張 希,USAPORN Swekwi

(1.廣安職業(yè)技術(shù)學(xué)院智能制造與汽車(chē)工程學(xué)院,四川 廣安 638000;2.蘭實(shí)大學(xué)工程學(xué)院,泰國(guó) 巴吞他尼 12000;3.安徽科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院,安徽 滁州 233100)

隨著新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量的增加,動(dòng)力電池的安全、環(huán)保、高效使用成為討論的熱點(diǎn),廢舊動(dòng)力電池的拆解和回收利用是研究熱點(diǎn)之一。陳佳[1]以安全性和經(jīng)濟(jì)效益綜合最大化為目標(biāo),提出基于機(jī)器學(xué)習(xí)的廢舊動(dòng)力電池安全拆解工藝路線優(yōu)化方法;楊夢(mèng)華等[2]利用VOSviewer 軟件可視化分析了483 篇相關(guān)文獻(xiàn),梳理目前廢舊電池回收的關(guān)鍵研究集中于回收方式、回收技術(shù)、回收模式等方面,為回收工作安全高效進(jìn)行提供參考。針對(duì)動(dòng)力電池環(huán)保和回收效率的問(wèn)題,E.C.Wang 等[3]從政府政策角度分析了政府補(bǔ)貼對(duì)動(dòng)力電池回收企業(yè)、消費(fèi)者的影響,并建議政府補(bǔ)貼對(duì)象范圍應(yīng)從目前的回收處理企業(yè)逐步擴(kuò)大到消費(fèi)者;Z.F.Zhang 等[4]比較分析了不同政府獎(jiǎng)懲機(jī)制(RPM)在動(dòng)力電池回收利用領(lǐng)域的影響,提出政府應(yīng)同時(shí)對(duì)整車(chē)企業(yè)和動(dòng)力電池制造商實(shí)施RPM,以使閉環(huán)供應(yīng)鏈中的所有成員都可以從RPM 中受益,提高動(dòng)力電池回收效率。

探討汽車(chē)動(dòng)力電池的回收利用問(wèn)題,研究相關(guān)政策,對(duì)促進(jìn)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。本文作者分析發(fā)展動(dòng)力電池回收產(chǎn)業(yè)對(duì)我國(guó)環(huán)境、資源、經(jīng)濟(jì)等方面的積極作用,針對(duì)新能源汽車(chē)動(dòng)力電池回收利用存在的主要問(wèn)題,提出針對(duì)性的對(duì)策建議,供有關(guān)部門(mén)和企業(yè)參考。

1 動(dòng)力電池回收利用的積極作用

1.1 綠色發(fā)展,應(yīng)對(duì)環(huán)境污染問(wèn)題

廢舊動(dòng)力電池可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成負(fù)面影響,例如,正極材料中的重金屬在拆解過(guò)程中會(huì)與水、酸等反應(yīng),生成有害金屬氧化物,負(fù)極材料會(huì)引起粉塵污染,隔膜會(huì)導(dǎo)致氟污染,電解質(zhì)遇水會(huì)分解產(chǎn)生HF 等有害物質(zhì),電解液溶質(zhì)和黏結(jié)劑燃燒會(huì)產(chǎn)生CO2、醛等有機(jī)污染物等[5]。需要完善廢舊動(dòng)力電池的回收處理流程,避免造成更嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。

1.2 變廢為寶,緩解資源短缺壓力

再生資源、廢舊物資循環(huán)利用對(duì)我國(guó)構(gòu)建節(jié)約型社會(huì)意義重大。新能源汽車(chē)動(dòng)力電池以磷酸鐵鋰和三元正極材料鋰離子電池為主,其中包含大量金屬,如鋰、鈷、鎳、錳等。根據(jù)有關(guān)部門(mén)發(fā)布的《全球鋰、鈷、鎳、錫、鉀鹽礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量評(píng)估報(bào)告(2021)》顯示,截至2020年,全球鋰礦、鈷礦、鎳礦資源量分別為3.49 億噸、2 344 萬(wàn)噸、2.6 億噸,開(kāi)采儲(chǔ)量分別為1.28 億噸、668 萬(wàn)噸、9 063 萬(wàn)噸,其中,澳大利亞、印度尼西亞等國(guó)資源較為豐富。從消費(fèi)端看,2020年全球鋰、鈷、鎳的消費(fèi)量分別為40 萬(wàn)噸、17 萬(wàn)噸、240 萬(wàn)噸[6]。若能從每年數(shù)十萬(wàn)噸的退役動(dòng)力電池中提煉出這些金屬并循環(huán)利用,可緩解我國(guó)金屬資源供應(yīng)壓力。

1.3 產(chǎn)業(yè)升級(jí),助力社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展

動(dòng)力電池作為汽車(chē)的動(dòng)力源,成本占整車(chē)的40%～60%,產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展,對(duì)整個(gè)汽車(chē)市場(chǎng)都會(huì)有顯著影響。2017-2022年,我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量持續(xù)保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),截至2023年6月,全國(guó)新能源汽車(chē)保有量已超過(guò)1 500 萬(wàn)輛[7]。同樣,動(dòng)力電池產(chǎn)銷(xiāo)量整體保持強(qiáng)勁增長(zhǎng),2023年1-3月,中國(guó)動(dòng)力電池累計(jì)銷(xiāo)量達(dá)108.5 GW·h,同比增長(zhǎng)66.8%。國(guó)內(nèi)重點(diǎn)企業(yè)營(yíng)收情況均實(shí)現(xiàn)了高增長(zhǎng),如比亞迪2022年年度營(yíng)業(yè)收入突破4 200 億元,凈利潤(rùn)達(dá)160 多億,比2021年同期增長(zhǎng)425.42%;寧德時(shí)代2022年凈利潤(rùn)達(dá)191 億元,比2021年同期增長(zhǎng)82.66%;天齊鋰業(yè)更為突出,實(shí)現(xiàn)歸屬于上市公司股東的凈利潤(rùn)達(dá)231 億元,比2021年同期增長(zhǎng)1 011.19%[8]。據(jù)預(yù)測(cè),到2027年我國(guó)動(dòng)力電池回收市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)1 300 億元,5 a 復(fù)合年增長(zhǎng)率達(dá)29%[9]。升級(jí)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈,能夠有效助力社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。

2 動(dòng)力電池回收利用現(xiàn)狀

2.1 政策分析

近年來(lái),國(guó)家高度重視動(dòng)力電池回收利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展,圍繞退役動(dòng)力電池回收責(zé)任、回收網(wǎng)點(diǎn)建設(shè)、資源平臺(tái)搭建以及行業(yè)規(guī)范等方面出臺(tái)了系列政策制度。2018年2月,工信部等聯(lián)合印發(fā)《新能源汽車(chē)動(dòng)力蓄電池回收利用管理暫行辦法》[10],實(shí)行生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度。2019年11月,工信部印發(fā)《新能源汽車(chē)動(dòng)力蓄電池回收服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)建設(shè)與運(yùn)營(yíng)指南》[11],要求新能源汽車(chē)生產(chǎn)及梯次利用相關(guān)企業(yè)建立回收服務(wù)網(wǎng)點(diǎn),相關(guān)企業(yè)可共享回收服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)。2020年3月,工信部印發(fā)《新能源汽車(chē)動(dòng)力蓄電池梯次利用管理辦法》[12],鼓勵(lì)梯次利用企業(yè)與新能源汽車(chē)生產(chǎn)、動(dòng)力蓄電池生產(chǎn)、報(bào)廢機(jī)動(dòng)車(chē)回收拆解等企業(yè)合作,加強(qiáng)信息共享,高效利用現(xiàn)有回收渠道。2022年2月,工信部等聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加快推動(dòng)工業(yè)資源綜合利用的實(shí)施方案》[13],要求完善廢舊動(dòng)力電池回收體系,健全管理體系。2022年12月,工信部公布《新能源汽車(chē)廢舊動(dòng)力蓄電池綜合利用行業(yè)規(guī)范條件》企業(yè)名單(第四批)[14],公示了第四批動(dòng)力電池綜合利用企業(yè)名單,共包含17 省市41 家企業(yè),旨在通過(guò)優(yōu)秀企業(yè)示范引領(lǐng)作用激發(fā)市場(chǎng)活力。雖然相關(guān)政策與標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)頒布,但從電池回收利用市場(chǎng)的反饋來(lái)看,仍然存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題[15]:①政策標(biāo)準(zhǔn)更新滯后,缺乏具體實(shí)施細(xì)則,部分政策難以實(shí)施或?qū)嵤┬Ч患?②環(huán)境治理成本高,傳統(tǒng)企業(yè)掙扎在“高投入、低產(chǎn)出、低盈利”的困境中,對(duì)回收利用關(guān)鍵技術(shù)及工藝研發(fā)的投入力度不夠;③宣傳力度不夠,民眾對(duì)廢舊動(dòng)力電池的危害認(rèn)識(shí)不足,環(huán)保意識(shí)不強(qiáng)。

2.2 模式分析

目前,在生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度下,電池生產(chǎn)企業(yè)、行業(yè)聯(lián)盟及第三方回收利用企業(yè)是汽車(chē)廢舊動(dòng)力電池回收利用的主體,回收模式正是圍繞這些主體展開(kāi)構(gòu)建的[16]。這種回收利用模式存在明顯的局限性。動(dòng)力電池生產(chǎn)企業(yè)回收技術(shù)難度小,但回收能力有限,回收渠道少,資金壓力大;行業(yè)聯(lián)盟影響力大,但對(duì)聯(lián)盟成員企業(yè)間的協(xié)作水平要求較高,目前尚未建立相應(yīng)的體系;第三方回收企業(yè)回收網(wǎng)絡(luò)較暢通,但技術(shù)參差不齊,再造質(zhì)量難以保證[17]。傳統(tǒng)模式已無(wú)法適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求,急需升級(jí)與完善。動(dòng)力電池回收模式及其缺點(diǎn)分析見(jiàn)表1。

2.3 技術(shù)分析

目前,廢舊動(dòng)力電池回收利用處理技術(shù)可分為兩類(lèi):浸出回收技術(shù)和煅燒浸出相結(jié)合的回收技術(shù)。常用的回收方法有濕法冶金法和火法冶金法。濕法冶金法是在溶液體系中完成金屬元素的浸出、富集與提取,工藝流程復(fù)雜冗長(zhǎng),回收的電解液及浸出殘液易造成二次污染,回收成本高;火法冶金法通過(guò)冶煉、煅燒等過(guò)程回收鎳、鋅等重金屬,回收效率較高,但空氣參與作業(yè)易造成二次污染,工藝技術(shù)要求高,前期投入大,能耗高。在追求環(huán)保、節(jié)能、高效的產(chǎn)業(yè)發(fā)展形勢(shì)下,傳統(tǒng)單一的動(dòng)力電池回收利用方法或技術(shù)工藝已無(wú)法滿(mǎn)足企業(yè)發(fā)展需要。為實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池高效回收,急需結(jié)合電池的材料、特性和結(jié)構(gòu),對(duì)回收系統(tǒng)和技術(shù)進(jìn)行升級(jí)[18]。

3 動(dòng)力電池回收利用對(duì)策建議

3.1 健全法律法規(guī)

政策標(biāo)準(zhǔn)先行,為行業(yè)發(fā)展保駕護(hù)航。首先,需要健全相關(guān)法律法規(guī),強(qiáng)化政策執(zhí)行力度,為動(dòng)力電池回收企業(yè)提供法律支持。在開(kāi)展相關(guān)政策制訂工作時(shí),應(yīng)緊密結(jié)合動(dòng)力電池綜合利用的研發(fā)方向、成果應(yīng)用、規(guī)范管理等內(nèi)容,確保從電池研發(fā)生產(chǎn)到回收利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)都有法可依。其次,應(yīng)充分發(fā)揮政府的宏觀調(diào)控作用,基于國(guó)家動(dòng)力電池回收利用標(biāo)準(zhǔn)體系框架,從實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景、退役動(dòng)力電池特性、經(jīng)濟(jì)效益和安全性出發(fā),完善從國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)到企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的不同層面標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè),同時(shí)加強(qiáng)政策上的鼓勵(lì)、經(jīng)濟(jì)上的補(bǔ)貼、技術(shù)上的扶持;此外,還應(yīng)加大宣傳力度,政府主管部門(mén)和相關(guān)單位在廢舊動(dòng)力電池回收利用監(jiān)管過(guò)程中,應(yīng)聯(lián)合多平臺(tái),采取多種形式開(kāi)展動(dòng)力電池回收主題宣傳,充分發(fā)揮政府和龍頭企業(yè)的引領(lǐng)示范作用,加強(qiáng)對(duì)電池回收利用方法和相關(guān)法律法規(guī)的科普宣傳,不斷強(qiáng)化消費(fèi)者和相關(guān)主體對(duì)廢舊動(dòng)力電池回收利用的認(rèn)識(shí)。

3.2 完善回收體系

完善回收體系,充分激發(fā)市場(chǎng)活力,需要構(gòu)建“1+1+N”多元化動(dòng)力電池回收利用模式。其中,第一個(gè)“1”代表政府主管部門(mén);第二個(gè)“1”代表動(dòng)力電池回收網(wǎng)絡(luò)共享平臺(tái);“N”代表包含新能源汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)、動(dòng)力電池生產(chǎn)企業(yè)、動(dòng)力電池回收利用資源再生企業(yè)及消費(fèi)者在內(nèi)的所有主體,覆蓋動(dòng)力電池的完整生命鏈。在整個(gè)電池回收體系中,各責(zé)任(參與)主體角色應(yīng)找準(zhǔn)自身定位,明確職責(zé)分工,如表2所示。

表2 責(zé)任主體在回收體系中的角色及責(zé)任分工Table 2 Role and division of responsibilities of responsible subjects in the recovery system

從表2 可知,在政府主管部門(mén)的宏觀引導(dǎo)下,依托網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)共享平臺(tái),可打通動(dòng)力電池的流通鏈和回收鏈,實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池生產(chǎn)-消費(fèi)者-回收利用的全鏈條閉環(huán)。該模式可以解決當(dāng)前動(dòng)力電池回收模式中的渠道不暢通、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、市場(chǎng)主體活力不夠等問(wèn)題。

3.3 升級(jí)關(guān)鍵技術(shù)

拆解回收是比較有前景的動(dòng)力電池回收方式。拆解回收通過(guò)放電、切割、破碎、分離和提煉等工序回收廢舊動(dòng)力電池中的金屬(主要是鎳、鈷、鋰),并對(duì)這些金屬進(jìn)行再利用。企業(yè)可對(duì)動(dòng)力電池包、電池模組、電池單體自動(dòng)拆解技術(shù)進(jìn)行升級(jí),降低損耗,提高物理回收率;也可加大正、負(fù)極材料技術(shù)開(kāi)發(fā)力度,配套使用定向循環(huán)技術(shù)提高回收率;還可升級(jí)動(dòng)力電池健康狀態(tài)評(píng)估技術(shù),提高評(píng)估結(jié)果準(zhǔn)確度。當(dāng)前濕法回收技術(shù)相對(duì)成熟,應(yīng)用廣泛,國(guó)內(nèi)的格林美、邦普循環(huán)及英國(guó)原子能管理局(AEA)、德國(guó)IME GmbH 等國(guó)際上的龍頭企業(yè)均采用濕法回收技術(shù),回收鋰、鈷、鎳等金屬資源。另外,生物浸出技術(shù)具有污染小、成本低的特點(diǎn),同樣具有較好的發(fā)展前景。

4 結(jié)論與展望

隨著新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,大量動(dòng)力電池退役給行業(yè)帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。在面臨環(huán)境、資源、經(jīng)濟(jì)等多重壓力的情況下,政府、企業(yè)等不得不采取必要的措施予以應(yīng)對(duì)。

加強(qiáng)動(dòng)力電池回收利用有助于應(yīng)對(duì)環(huán)境污染問(wèn)題和緩解金屬資源短缺問(wèn)題,促進(jìn)新能源汽車(chē)和動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)升級(jí),助力我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。當(dāng)前,動(dòng)力電池回收利用行業(yè)依然存在政策制度與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)滯后、回收利用體系不健全、市場(chǎng)主體活力不夠等問(wèn)題。此外,動(dòng)力電池回收技術(shù)工藝單一落后,回收流程冗長(zhǎng)粗放,回收效率低,運(yùn)營(yíng)成本高,這些問(wèn)題都會(huì)嚴(yán)重限制產(chǎn)業(yè)和企業(yè)的發(fā)展。

要實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池綠色經(jīng)濟(jì)高效回收,應(yīng)健全法律法規(guī),完善回收體系,改進(jìn)回收利用技術(shù)。需要整合政府、企業(yè)、消費(fèi)者等多方力量,通過(guò)政策扶持、體系保障、技術(shù)創(chuàng)新,最大限度激發(fā)市場(chǎng)活力,助力動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)良性循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展。