鋰離子電池的回收問題以及解決方案

導讀對于電池制造商來說，回收利用設計并不是優(yōu)先考慮的重點，但是確實存在解決方案。鋰離子設備的回收在技術上是可行的，但需要改進其業(yè)務案例才能開始。

鋰離子電池回收的日益嚴峻的挑戰(zhàn)應在設計階段解決。迄今為止，制造商已將更多的精力放在安全性，功率密度和可循環(huán)性上。

來自萊斯特、紐卡斯爾和伯明翰大學的鋰離子電池回收研究人員、法拉第機構、ReCell中心和Argonne國家實驗室對產品設計進行了檢驗，并在《鋰離子電池回收設計的重要性》一文中發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)，這是一篇發(fā)表在《綠色化學》上的評論。

要使任何材料都具有循環(huán)經濟性，重要的是，要減少組件數(shù)量，與初級過程（原料提?。┫啾?，次級過程（回收）的成本要低，簡單的純化流程，有價值的組件以及收集和回收隔離機制。如果材料不被回收利用，當材料對環(huán)境產生重大影響時，這也將有所幫助，因為這往往要求其進行回收。

鉛酸電池滿足了這些設計要求，這解釋了日本，美國和歐洲大部分地區(qū)的回收率接近100％，回收利用機制可回收電池總質量的98％以上。鉛酸電池的

鋰離子電池中陰極和集電器的相似密度值使類似方法無法實現(xiàn)。因此，鋰離子設備需要諸如氧化還原反應，溶解度之類的方法，或者利用靜電和磁性能來分離組成電池的材料。

缺乏標簽是有效回收制度的另一個重大障礙。與鉛酸電池不同，鋰器件具有多種化學和結構，例如NCA，NMC，LMO，LCO和LFP電池，所有這些都可以結合到不同的化學中。電池也可以以袋狀，棱柱形或圓柱狀的形式出現(xiàn)，然后再焊接到模塊中并組合成組。

英美研究小組表示，電池標簽沒有全球標準，需要向回收商清楚地表明設備的成分。結果，濕法冶金–涉及粉碎和酸處理；酸法之前的高能耗冶煉和火法冶金已成為鋰離子電池回收中的常識。濕法冶金需要預處理，排放和正確拆卸，而不是“粉碎”。

電池組中電池和模塊的排列方式有所不同（有時在單個EV制造商車隊中），這給回收商帶來了另一個障礙。鋰離子設備的組織結構以最大化的安全性和電池壽命為代價，但以可回收性為代價。

電池數(shù)量越高，活性和有價值的材料在電池重量中所占的比例就越低。增加的細胞數(shù)也使打開和分離步驟復雜化，這增加了回收成本。具有85 kWh電池組的Tesla Model S電動汽車（EV）包含16個模塊，每個模塊包含444個電池單元，每輛汽車中有7104個圓柱電池單元。

《綠色化學》論文的作者寫道“當拆除速度緩慢且成本高昂時，唯一的回收方法將成為火法冶金，這既昂貴又效率低下。因此，回收處于＇捕獲22＇情況，電池和電池組設計控制著回收策略?！?/p>

手動拆卸包裝和模塊以提取單個細胞是回收純凈材料的首選方法，但比粉碎要花費更長的時間。電池和電池組設計的無數(shù)組合加劇了這種延遲，這使得自動拆卸幾乎無法實現(xiàn)。

研究人員表示電池還可能具有堅固的母線，而不是目前連接模塊的柔性電纜。這樣的結構可以看到單元直接連接到母線，而無需模塊，并且機器人可以更容易地將單元從母線分離。通過添加斷點或其他打開機制，可以更輕松地訪問和分離單元組件。

研究人員表示不切碎地分離電極材料可以將回收成本降低到比采購原始材料便宜多達70％。英美集團表示，全面的標簽，簡化的整體結構，易于打開的設計以及可逆的膠粘劑和粘合劑將解決大部分鋰離子電池回收問題。

學者們還提出了如何制定此類法規(guī)的建議，暗示制造商的責任范圍擴大以及回收報廢產品的義務將促使工程師采用“回收設計”方法。

想了解更多關于鋰電及儲能領域的行業(yè)資訊，歡迎關注微鋰電，每日為你推送最前沿的行業(yè)訊息！